Ветрогенератор для частного дома специфика нюансы изготовления

Как устроен ветрогенератор?

Ветрогенератор — это устройство, перерабатывающее энергию ветра в электричество. Воздушный поток раскручивает ротор, который приводит во вращение генератор. Производимый ток накапливается в аккумуляторных батареях, соединенных с инвертором, преобразующим полученный заряд в номинальное значение для бытовых приборов и техники. Все используемое оборудование практически одинаково для любых типов ветряка и отличается лишь величиной напряжения.

В составе ветроэнергетических комплексов используются разные конструкции вращающихся частей — роторов, которые имеют свои достоинства и недостатки, разную эффективность и возможности. На сегодня существует большое количество разработок, способных взаимодействовать с ветрами разной силы и скорости.

Принцип работы ветрогенератора

В основу функционирования ветрогенератора положена трансформация кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора, которая затем преобразуется в электроэнергию.

Принцип работы достаточно прост: вращение лопастей, закрепленных на оси устройства, приводит к круговым движениям роторгенератора, благодаря чему вырабатывается электроэнергия.

Получаемый нестабильный переменный ток «стекает» в контроллер, где он преобразуется в постоянное напряжение, способное зарядить батареи. Оттуда питание поступает на инвертор, где оно трансформируется в переменное напряжение с показателем 220/380 В, которое и подается потребителям.

Мощность ветрогенератора напрямую зависит от мощности потока воздуха (N), рассчитывается согласно формуле N=pSV3/2, где V – скорость ветра, S – рабочая площадь, p – плотность воздуха.

Хотя ветроустановка может работать и автономно, значительно лучшего результата удается достичь при помощи комбинированных схем, предусматривающих сочетание ветрового устройства с солнечными батареями, централизованной электросетью, дизельными или газовыми источниками энергии.

Автономная работа. В этом случае ставится единичная установка, при помощи которой улавливается и накапливается ветровая энергия, которая затем преобразуется в необходимый потребителям электрический ток.

Совмещение ветрогенератора с солнечными панелями. Комбинированный вариант считается надежным и эффективным способом электроснабжения. В случае отсутствия ветра аккумулятор работает от солнечных панелей, а в пасмурную погоду и в течение ночи зарядка происходит от ветровой установки.

Комбинированная работа ветрогенератора и электросети. Ветротурбину можно совмещать с элетрокоммуникациями.

При избытке произведенного электричества оно поступает в централизованную сеть, а при его недостатке имеется возможность воспользоваться электрическим током из общей энергосистемы.

Существуют две основные схемы работы ветрогенераторов:

• автономная. Устройство производит электроток и питает потребителей. Распространения е имеет, работа ведется лишь с оборудованием, подключенным напрямую.
• работа в параллельном с электросетями режиме. Этот вариант подключения широко распространен на Западе — ветряк не только питает собственные потребители, но и отдает част энергии в сеть, за что владелец получает определенную плату.

В России на сегодня возможен только первый вариант, так как оборудования, позволяющего совмещать сетевое и генерируемое электричество, в составе магистральных комплексов не имеется. При этом, для ветряка на имеет значения, по какой схеме он подключен к системе.

Основная схема подключения элементов ВЭУ

Как вы уже поняли, самая первая часть, которая воспринимает энергию ветра — это ветряное колесо. Без него не обходится ни одна схема ветряка для дома.

Его можно выполнить:

• с вертикальной осью вращения;
• или горизонтальной.

Вертикальный ветрогенератор

Покажу фотографией одну из легких для изготовления конструкций, сделанную из обычной стальной бочки.

Вот такой вертикальный ветрогенератор, изготовленный своими руками, да еще расположенный над самой землей в окружении застроек и растений, не сможет развить нормальных оборотов для выработки достаточного количества электроэнергии, чтобы питать частный дом.

Он сможет выполнять только какие-то единичные задачи для маломощного оборудования. Причем небольшая скорость вращения его ротора потребует обязательного использования повышающего редуктора, а это дополнительные потери энергии.

Такие конструкции были популярны в начале прошлого века на пароходах. Водяное колесо, расположенное своими лопастями вдоль направления движения судна, обеспечивало его движение.

Сейчас это раритет, утративший свою актуальность. В авиации такая конструкция не то что не прижилась, а даже не рассматривалась.

Ротор Онипко

Из тихоходных конструкций ветряных колес сейчас через интернет массово распространяют ротор Онипко. Рекламщики показывают его вращение даже при очень слабом ветре.

Однако к этой разработке у меня почему-то тоже критическое отношение, хотя повторить ее своими руками не так уж и сложно. Восторженных отзывов среди покупателей не нашел, как и научных расчетов экономической целесообразности ее использования.

Если кто-то из читателей сможет меня разубедить в этом мнении, то буду признателен.

Горизонтальный ветрогенератор

С самого начала двигатели самолетов стали применять винт, прогоняющий поток воздуха вдоль корпуса самолета. Его форму и конструкцию выбирают так, чтобы использовать дополнительно к активной силе давления реактивную составляющую.

По этому принципу работает любой горизонтальный ветрогенератор, который делают промышленным способом или своими руками. Пример самодельной конструкции показываю фотографией.

По принципу использования энергии ветра это более эффективная конструкция, а по исполнению для обеспечения бытовых вопросов снабжения электроэнергией — маломощная.

Небольшой электродвигатель, ротор которого раскручивает ветряк, может даже при оптимальном давлении и силе ветра, выработать в качестве генератора только малую мощность. На нее можно подключить слабенькую светодиодную лампочку.

Подумайте сами, нужно ли собирать такой флюгер с подсветкой или не стоит. С другими задачи подобная конструкция не справится. Хотя ее еще можно использовать для отпугивания кротов на участке. Они очень не любят шумы, сопровождаемые вращением металлических частей.

Для того, чтобы полноценно пользоваться электроэнергией, получаемой от ветра, рабочее колесо ветрогенератора должно иметь соответствующие потребляемой мощности размеры. Рассчитывайте примерно на пятиметровый диаметр.

При его создании вы столкнетесь с технической трудностью: вам придется точно выдержать балансировку больших деталей. Центр масс должен постоянно находиться в средней точке оси вращения.

Это сведет к минимуму биения подшипников и раскачивание конструкции, расположенной на большой высоте. Однако выполнить подобную балансировку не так уж просто.

Вес рабочего колеса для нормального получения электрической энергии получается довольно приличным. На простой стойке его не установить.

Потребуется создавать прочный бетонный фундамент под металлическую мачту и анкерные болты оттяжек. Иначе вся собранная с большим трудом конструкция может рухнуть в любой неподходящий момент времени.

Стойка для ветрогенератора, поднятого на высоту, может быть выполнена:

1. в виде сборной мачты, собранной из секций с раскосами;
2. или конусной трубчатой опорой.

Обе схемы потребуют усиления от опрокидывания за счет создания нескольких ярусов оттяжек из тросов, которые необходимы для удержания мачты при шквальных порывах ветра. Их придется надежно крепить к стопорам и анкерам.

Из личного неудачного опыта: во время пользования аналоговым телевидением у меня работала антенна «Паутинка» с диаметром обруча 2м. Она располагалась на высоте 8 метров, была закреплена на деревянном шесте с двумя уровнями оттяжек. Шквальные порывы ветра ее раскачали так, что стойка развалилась.

Современное цифровое телевидение, к счастью, требует использования антенн значительно меньших размеров. Их не только просто делать своими руками, но и крепить не так уж сложно.

Как сделать мачту для ветряка

Сразу обратите внимание на создание прочной, безаварийной конструкции. Иначе просто повторите печальный опыт работников «ЯнтарьЭнерго», у которых во время шторма произошла авария: многотонная мачта рухнула, а осколки от лопастей разлетелись по всей округе.

Устройство мачты потребует расчета количества материалов, необходимых для создания сооружения из стального уголка различного сечения. Форма и габариты выбираются по местным условиям.

Ее делают из трех или четырех вертикальных стоек. Каждая из них снизу монтируется на упор. Вверху мачты создается площадка для установки ветряка.

Поскольку длина уголков ограничена, то мачту собирают из нескольких секций. Жесткость общему креплению придают боковые ребра, крепящиеся через раскосы.

Обязательным элементом фундамента являются закладные металлические элементы. Они будут использоваться для крепежа деталей. Придется позаботиться о сварке и соединительных болтах.

Не стоит пренебрегать дополнительными оттяжками.

Как сделать опору из труб

Телескопическую конструкцию из стальных труб соответствующего профиля собрать проще, но ее следует более тщательно рассчитать на прочность. Изгибающий момент, создаваемый тяжелой верхушкой при штормовом ветре не должен превысить критического значения.

При этом возникнут сложности с профилактическим обслуживанием, осмотром и ремонтом собранной воздушной электростанции. Если по мачте можно подняться на высоту как по лестнице, то по трубе это сделать проблематично. Да и работать наверху очень опасно.

Поэтому сразу необходимо продумать вариант безопасного опускания оборудования на землю и доступного способа его подъема. Это позволяет выполнить одна из двух схем с:

1. Поворотной осью на основной опоре.
2. Упорным рычагом на нижней части опорной стойки.

В первом случае создается прочный фундамент для установки основной опоры. На ее оси вращения крепится сваренная трубная конструкция с ветряком и полиспастной системой на стальных тросах.

Снизу трубы расположен противовес, облегчающий работу по подъему и опусканию с помощью ручной лебедки.

На картинке не показаны страховочные тросы поясов оттяжек. Они просто свисают со своих креплений вниз на землю при подъеме и опускании мачты, а к стационарным забетонированным кольям крепятся для постоянной работы.

Схема установки и опускания ветряка по второму варианту приведена ниже.

Мачту и расположенный под прямым углом к ней упорный рычаг с противовесом, усиленный ребром жесткости, поворачивают в вертикальном направлении лебедкой с полиспастной системой.

Ось вращения созданной конструкции находится в вершине прямого угла и закреплена в направляющих, вмонтированных в фундамент. Троса оттяжек при подъеме или опускании мачты снимают со стационарных креплений на земле. Они могут использоваться в качестве страховочных фал.

Промышленные ветряные электростанции спроектированы так, что способны сразу выдавать электрическую энергию в сеть потребителям. Своими руками так сделать не получится.

При выборе генератора, который будет раскручивать ветряное колесо, используют принцип обратимости электрических машин. К электродвигателю прикладывают крутящий момент и обеспечивают возбуждение обмоток статора.

Однако, идея раскручивать ротор трехфазного асинхронного электродвигателя в качестве генератора для получения электрического тока напряжением 220/380 вольт реализуется от двигателей внутреннего сгорания, напора воды, но не ветра.

Общая конструкция генератора с ротором станет иметь большой вес, а иначе обеспечить высокие обороты вала не получится.

Для небольших мощностей можно:

• использовать автомобильный генератор, который выдает 12/24 вольта;
• применить мотор колесо от электробайка;
• собрать
  конструкцию из неодимовых магнитов с катушками из медной проволоки.

Также за основу можно взять ветряк, продаваемый в Китае. Но ему необходимо сразу провести ревизию: обратить внимание на качество монтажа обмоток, состояние подшипников, прочность лопастей, общую балансировку ротора.

Придется настроиться на то, что величина выходного напряжения генератора будет сильно меняться в зависимости от скорости ветра. Поэтому в качестве промежуточного звена используют аккумуляторы.

Их зарядку необходимо возложить на контроллер.

Бытовые приборы сети 220 вольт должны питаться переменным током от специального преобразователя — инвертора. Простейшая схема домашней ветряной электростанции имеет следующий вид.

Ее можно значительно упростить потому, что бытовая цифровая электроника: компьютеры, телевизоры, телефоны работают от постоянного тока блоков питания 12 вольт.

Если их исключить из работы и запитать цифровое оборудование непосредственно от аккумуляторов, то потери электрической энергии сократятся за счет отмены двойного преобразования в инверторе и блоках.

Поэтому рекомендую сделать отдельные розетки на 12 вольт, запитать их сразу от аккумуляторов.

Внутри электрической схемы придется соблюдать такой же баланс мощностей, как и в механической конструкции. Каждая подключенная нагрузка должна соответствовать энергетическим характеристикам вышестоящего источника.

Бытовые приборы 220 вольт не должны перегружать инвертор. Иначе он будет отключаться от встроенной защиты, а при ее неисправности просто сгорит. По этому же принципу работают аккумуляторные батареи, силовые контакты контроллера, да и сам генератор.

Защита автоматическим выключателем домашней ветряной установки должна быть выполнена в обязательном порядке.

Для этого его необходимо правильно выбрать строго понаучным рекомендациям, проверить и наладить.

Случайную перегрузку, а тем более появление тока короткого замыкания предусмотреть невозможно. Поэтому этот модуль обязательно устанавливают в качестве основной защиты.

Основные виды ветрогенераторов и их особенности

Различные варианты ветрогенераторов значительно отличаются друг от друга.

Промышленные устройства представляют собой сложную многометровую конструкцию, для установки которой требуется фундамент, в то время как бытовая модель может состоять из минимума компонентов (электродвигателя постоянного тока 3-12В, электроконденсатора 1000 мкФ 6В, кремниевого выпрямительного диода).

Типовая установка включает в себя следующие составные части:

• генератор переменного тока (мощность зависит от скорости ветровых потоков);
• лопасти, которые передают вращение к валу генератора (часто они дополнительно оснащены редукторами, стабилизаторами скорости вращения ротора);
• мачта ветряка, к которой крепятся лопасти (чем выше находятся эти элементы, тем большее количество ветровой энергии они могут получить);
• аккумуляторы, накапливающие энергию, что позволяет использовать ее при небольшом ветровом потоке или его полном отсутствии. Батарея также выполняет функцию стабилизации электрической энергии, поступившей от генератора;
• контроллер – преобразователь переменного напряжения, полученного с генератора, в постоянное, которое применяется для заряда батареи. Управление контроллером осуществляется поворотом лопастей, что позволяет учитывать, куда движутся потоки воздуха;
• АВР – устройство автоматического переключения, связывающее ветрогенератор с другими источниками энергии (солнечными панелями, электросетью);
• датчик направления ветров – прибор, облегчающий лопастям поиск ветрового потока;
• инвертор для преобразования постоянного тока из аккумуляторов в переменное напряжение, которое применяется в электрокоммуникациях.

Для более полного удовлетворения пользовательских потребностей прибор может быть снабжен различными типами инверторов:

• приспособления с инвертормодифицированной синусоидой, выдающей квадратную синусоиду. Устройства этого типа подойдут для ТЭНов, ламп накаливания и иных приборов, нетребовательных к качеству сети;
• инверторы трехфазного напряжения, рассчитанные для трехфазных электросетей;
• установки с чистой синусоидой, которые производят энергию для более чувствительной техники;
• инверторы сетевые, способные функционировать без батарей. Подобные устройства предназначены для схем, предполагающих попадание электрической энергии непосредственно в общую сеть.

При выборе моделей следует обязательно обращать внимание на разновидность инвертора.

При классификации ветротурбин могут учитываться такие характеристики как:

• назначение;
• конструктивные особенности;
• число лопастей;
• материалы, из которых они изготовлены;
• ось вращения;
• шаг винта.

Рассмотрим подробно две наиболее часто используемые классификации.

Выделяют разновидности ветроустановок, отличающиеся назначением. От этого зависят и основные характеристики устройств, например, мощность.

Для функционирования ветряков необходимы обычные трехфазные генераторы. Конструкция таких устройств аналогична моделям, применяемым на автомобилях, но имеет большие параметры.

В приборах для ветряных турбин предусмотрена трехфазная обмотка статора (соединение по типу «звезда»), откуда выходят три провода, идущие на контроллер, где происходит трансформация переменного напряжения в постоянное.

Для повышения оборотов нередко применяется мультипликатор. Такое приспособление позволяет увеличить мощность действующего генератора или использовать устройство меньшего размера, что снижает стоимость установки.

Мультипликаторы чаще применяются в вертикальных ветрогенераторах, у которых процесс вращения ветроколеса осуществляется медленнее. Для горизонтальных устройств с высокой скоростью вращения лопастей мультипликаторы не требуются, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Специфика сборки и монтажа ветрогенератора из стиральной машинки и ветроустановки из автомобильного генератора подробно изложена в рекомендуемых нами статьях.

Рассмотрим подробно достоинства и недостатки ветротурбин, так как именно от них зависит решение приобрести ветряк или отказаться от него.

К числу преимуществ устройств, использующих ветровую энергию, относятся:

• Экологичность. Установки используют возобновляемый источник энергии, которым можно пользоваться постоянно, не нанося ущерба окружающей среде. Электричество, вырабатываемое ветрогенераторами заменяет энергию тепловых электростанций, уменьшая выброс парниковых газов.
• Универсальность. Ветровые электростанции можно строить практически всюду: на равнинах, в горах, на полях, на островах и даже на мелководье. Ветровая энергия особенно ценится в удаленных местах, куда сложно протянуть привычные электрические коммуникации. Ветрогенераторы в этом случае позволяют наладить энергоснабжение объектов, обеспечивая ему независимость от случайных факторов (например, от не доставленного вовремя топлива).
• Эффективность использования. Современные модели перерабатывают энергию даже слабых ветров – минимальный предел составляет 3,5 м/с. Подобным образом можно производить допоставку электроэнергии в централизованную сеть, а также организовать электроснабжение отдельных объектов (островных либо локальных) вне зависимости от их мощности.
• Достойная альтернатива традиционным источникам. Стационарные ветровые электростанции могут полностью обеспечить электричеством жилой дом или даже некрупный производственный объект. В этом случае турбина будет накапливать в аккумуляторах требуемый запас электроэнергии, предназначенный для использования во время безветренных периодов.
• Экономичность. По сравнению с традиционными источниками электрической энергии (газ, торф, каменный уголь, нефть), велотурбины позволяют значительно снизить энергозатраты. Во многих случаях постройка ветроэлектростанции обходится дешевле, нежели подключение к существующим энергосистемам.

Применение ветряков может выступать альтернативой использованию дорогостоящих дизельных генераторов, дополнительно снижая затраты на транспортировку и хранение горючего до 80%.

Усредненная мощность ветротурбины в разы отличается от показателя пиковой нагрузки. Ветрогенератор отвечает лишь за величину выработки энергии за определенный промежуток времени при среднемесячной скорости ветра, характерной для данной местности.

Для более точной оценки ветровых ресурсов можно воспользоваться специально выведенными данными (параметрами Вейбулла). Эти показатели отражают характерное для конкретной местности распределение ветров разной силы. Подобные сведения важно учитывать при разработке проектов ветропарков, мощность которых составляет десятки МВт.

Вырабатываемая ветротурбиной мощность пропорциональна утроенной скорости ветра. Следовательно, этот показатель очень мал при слабых ветровых потоках, однако при их усилении –  резко возрастает. Из-за переменчивости направления ветров и их скорости при конструкции ветровой турбины необходимо предусмотреть стабилизирующие компоненты.

Правила и формулы для расчета мощности ветрогенератора приведены здесь, рекомендуем ознакомиться с весьма полезной информацией.

В небольших автономных системах их функцию выполняют батареи, заряд которых начинает увеличиваться, как только мощность ветрогенератора превысит показатель нагрузки.

Следует отметить, что эффективному применению ветровых потоков способствует разнообразие конструкций ветрогенераторов.

Горизонтальные турбины дают высокие показатели на равнинных местах, где много ветров, тогда как вертикальные турбины лучше работают в регионах с турбулентными потоками, наблюдающимися низко от земли (в верхней части холмов, горных хребтах).

В тоже время, у ветряков есть и свои негативные стороны:

• Величину силы ветра сложно предсказать заранее, так как она часто меняется. Из-за этого желательно  продумать подстраховку, предусмотрев дублирующий источник энергии (солярные панели, подключение к электросети).
• Вертикальные устройства подвергаются опасности разрушения лопастей винта из-за воздействия центробежных сил при вращении лопастей вокруг главной оси. Вследствие подобного эффекта важные элементы конструкции со временем деформируются и разрушаются, а механизм выходит из строя.
• Ветряки лучше устанавливать на свободном пространстве, поскольку расположенные рядом здания могут «гасить» ветер, образуя «мертвую» воздушную зону.
• Для сохранения избыточной энергии ветротурбин необходимо предусмотреть в конструкции использование аккумуляторов и других дополнительных приборов, служащих для преобразования полученного электричества в ток с подходящими потребительскими характеристиками.
• При работе ветряные генераторы издают шум, который может причинять дискомфорт людям, отпугивать животных. Лопасти установок могут также стать причиной гибели подлетевших к ним птиц.
• По мнению некоторых специалистов, ветротурбины способны ухудшать прием радио- и телевизионных передач.

К негативным моментам можно также отнести довольно высокую стоимость подобных агрегатов, однако дешевизна источника энергии во многом нивелирует этот фактор.

В настоящее время ветряные турбины используются в различных сферах народного хозяйства. Промышленные модели разной мощности применяются нефтегазовыми, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геолого-разведочными станциями, производственными объектами и государственными учреждениями.

Особо следует отметить важность применения ветряных установок для оперативного восстановления нарушенного электричества при катаклизмах и стихийных бедствиях. С этой целью ветрогенераторы часто применяются подразделениями МЧС.

Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах.

Ветряки для дома своими руками: обзор конструкций

• маломощные ветрогенераторы, самые дешевые, ценой 40-100 тыс руб;
• комплексы средней мощности, имеющие цены порядка 100-200 тыс руб;
• мощные системы ценой от 200 тыс руб и выше.

Наиболее доступны китайские образцы, которые заметно дешевле, чем изделия российских или западных производителей.

При выборе готового устройства надо учитывать необходимую мощность, возможность ремонта, а также накладные расходы — транспортировку, монтаж, настройку. Кроме того, понадобится дополнительное оборудование — контроллер заряда, АКБ, инвертор, коммутационное оборудование и т.д. Необходимо удостовериться, что все это входит в состав комплекса, иначе его стоимость возрастет на цену того, чего в нем не хватает.

Вопрос о том, насколько стоимость ветрогенератора оправдана, находится в плоскости возможностей владельца дома. Если доходы позволяют, то любая цена будет оправдана. Если же сравнивать стоимость с расходами на сетевую электроэнергию, то, конечно, разница окажется очень большой. Срок службы промышленного ветрогенератора, заявленный производителем, составляет около 20 лет. Учитывая суровые климатические условия, можно утверждать, что намного превысить заявленный предел оборудование не сможет.

Поэтому и распространены дизельные или бензиновые генераторы, которые более понятны рядовому пользователю, могут быть отремонтированы любым умельцем. Топливо, в котором они нуждаются, приобретается по мере необходимости, что тоже удобно для пользователей.

Если же никаких других вариантов нет, то цены на ветряки уже нет смысла обсуждать, приходится лишь подбирать вариант, оптимальный по цене и параметрам.

Нормативных актов, напрямую регулирующих порядок установки ветрогенераторов на своем участке, в России на сегодня не имеется. Поэтому никаких разрешений получать не требуется, можно использовать ветряки на вполне законных основаниях. При этом, чиновники из администрации всегда имеют возможность придраться к различным обстоятельствам — например, жалобы соседей, уровень шума или магнитное воздействие на участке могут стать основанием для требования убрать ветряк или привести его конструкцию в соответствие с нормативами.

Если ветрогенератор установлен на участке, то проблем, скорее всего, не будет. Другое дело, если устройство установлено на балконе многоквартирного дома, но такие ситуации редки и рассматривать их незачем. Установлено, что ветрогенератор является электроприбором, поэтому пользование им разрешено так же, как использование электрокамина или утюга.

Вопрос обсудим на основе научных фактов и уже допущенных ошибок многими владельцами частных домов

Среднегодовое значение ветра для любой местности России или другой страны можно узнать на карте ветров. Эти данные имеются в широком доступе.

Если рассмотреть всю территорию, то мест для благоприятного пользования ветряной энергией со скоростью от 5 м/сек и выше у нас не так уж много, как в Европе.

Я объясняю эту ситуацию тем, что теплый воздух Гольфстрима, поднимаясь от нагретой воды, сразу устремляется в холодные районы. Чем выше перепад температур, тем больше его скорость.

Пройдя несколько тысяч километров над Европой, его сила слабеет. Наибольший перепад температур весной и осенью вызывает бури и ураганы.Нам важно понимать, как определить скорость ветра правильно в своей местности.

Возьмем величину 5 м/сек за основу, и рассчитаем мощность ветрового потока для наиболее распространенного горизонтально расположенного осевого генератора.

Учтем, что его лопасти охватывают площадь круга S (м кв.) с диаметром D (м). Через нее проходит ветер со скоростью V (м/сек).

ρ — это плотность воздушной массы (кг/м куб.)

Если взять усредненные значения, например, площадь 3 м кв и плотностьвоздуха 1,25 кг/м3, то ветер, дующий со скоростью 5 м/сек, способен создать мощность чуть меньше, чем 2 киловатта.

Теперь наша задача — определить, какая ее часть сможет преобразоваться в полезную электрическую энергию. Грубо ее можно оценить по процентному соотношению в 30÷40%. Конструкция и технологические характеристики ветряного колеса просто не позволят эффективно взять больше.

Более точное определение находят формулой, учитывающей:

• коэффициент ε, определяющий долю использования ветряной энергии конструкцией ветряка. Максимальная величина, создаваемая быстроходными конструкциями, составляет 40-50%;
• КПД редуктора —∙максимум порядка 90%;
• КПД генератора ≈85%.

Величины всех этих коэффициентов у разных моделей генераторов ветряков сильно отличаются между собой. Я привел значения для промышленных изделий. У самодельщиков они будут значительно ниже.

Если подставить все эти цифры, то даже для заводской конструкции ветрогенератора, сделанной по точным чертежам и на промышленных станках, мы сможем при скорости 5 м/сек и описываемой площадью лопастями винта 3 метра квадратных получить меньше 700 ватт электрической энергии.

Какую ее часть сможет взять самодельный ветряк, остается только догадываться.

Мировые производители ветрогенераторов указывают, что для того, чтобы вырабатывать 3 кВт электроэнергии, а это оптимальная величина для частного дома, необходимо:

• снимать с ветряного колеса порядка 5,1 кВТ;
• иметь диаметр ротора 4,5 метра;
• располагать ветряк на высоте от 12 метров;
• использовать ветер со скоростью 10 м/сек.

Колесо должно начинать вращать генератор уже на 2 м/сек. Только в этом случае можно говорить об окупаемости всей конструкции и эффективном использовании мощности ветра.

Если же скорость снизится, хотя бы до 7 м/сек, то энергия ветрогенератора упадет на 50%. А теперь еще раз внимательно посмотрите на карту ветров России…

Однако не все так плохо. Теоретические расчеты можно проверить на практике. Для нашего случая продажа предлагает многочисленные конструкции измерительных приборов — анемометры.

Стоят они не дорого, имеют дополнительные функции измерения температуры, указания текущего времени. Их можно заказать в Китае.

Такой анемометр позволяет реально оценить силу ветра на вашей местности, чтобы проанализировать варианты эксплуатации будущей ветроэлектростанции (ВЭС). А их минимум 2:

1. частичное удовлетворение потребностей в электроэнергии;
2. полный переход на альтернативную энергетику.

Ротор Онипко

Подбирать размер этой установки нужно исходя из желаемого количества электроэнергии и скорости ветра, а также его плотности, в вашем регионе. Сразу нужно уточнить что расчет мощности будет производится для ветрогенератора заводского изготовления, не сделанного своими руками из подручных деталей.

Количество необходимой электроэнергии вы можете постучать по счетам за последний год или взять произвольное (желаемое) количество.

Скорость и плотность ветра можно найти в сети, например на сайте метеослужбы. Указывать какие то цифры в этой статье я не будут, так как регионов много и климат очень быстро меняется в последние годы.

Преимущества	Недостатки
Бесплатная энергия в любом месте	Цена оборудования
Экологическая энергия	Стоимость монтажа
Энергонезависимость от государства и его тарифов	Стоимость обслуживания.
Независимость от солнечного света	Зависимость от скорости ветра

Чтобы уравновесить все эти плюсы и минусы часто делают связку: ветрогенератор с солнечной панелью. Эти установки дополняют друг друга, тем самым снижая зависимость выработки электричества от солнца и ветра.

Следует определиться с ценовым диапазоном, в котором должен находиться подбираемый агрегат и соответственно со страной и фирмой производителем.

В настоящее время ветровые генераторы выпускаются как в нашей стране, так и за ее пределами.

В России подобные агрегаты выпускают:

• ООО «СКБ Искра», г. Москва;
• ООО «ГРЦ-Вертикаль», г. Миасс, Челябинская область;
• ЗАО «Ветроэнергетическая компания» г. Санкт-Петербург;
• ЛМВ «Ветроэнергетика», г. Хабаровск;
• ЗАО «Агрегат-Привод», г. Москва и еще ряд компаний, зарегистрированных в нашей стране.

Наиболее известными зарубежными производителями ветровых генераторов являются:

• Датская «Vestas»;
• Бельгийская «Blue Planet Wind»;
• Испанская «Gemesa»;
• Компании из Китая: «Guangzhou Sunning Windpower Generator Co., Ltd.», «Hefei Wind Wing Energy Technology Co., Ltd.», «Foshan Tanfon Energy Technology Co., Ltd.», «Hangzhou Lectstyle Trade Co., Ltd.», и другие;
• Компания «GE Energy» из США.

Наиболее востребованы и надежны в эксплуатации ветровые генераторы, выпускаемые фирмой «Blue Planet Wind» (Бельгия), поэтому для определения средней цены изучим оборудование именно этой компании.

В зависимости от мощности генераторы выпускаются:

1. Ветрогенератор EnergyWind мощностью 1,0 кВт – 68000,00 рублей;
2. Ветрогенератор EnergyWind мощностью 2,0 кВт – 80000,00 рублей;
3. Ветрогенератор EnergyWind мощностью 5,0 кВт – 250000,00 рублей;
4. Ветрогенератор EnergyWind мощностью 10,0 кВт – 650000,00 рублей.

В линейке ветряных генераторов компании «Blue Planet Wind» присутствуют еще несколько модификаций, отличных от приведенных выше по цене и техническим параметрам. Однако, по приведенным цифрам можно понять из чего формируется цена сооружения, и как она связана с мощностью устройства.

В связи с тем, что готовый комплект ветряного генератора стоит достаточно дорого, а сама идея получениябесплатной электрической энергии без участия поставляющих организаций, очень привлекательна, то вопрос изготовления своими руками очень актуален и интересен для людей, обладающих начальными знаниями электротехники и навыками выполнения специальных работ.

Для изготовления турбины понадобятся следующие материалы и инструменты.

Материалы

• Труба диаметром 60 см из нержавеющей стали либо другого металла, не подверженного коррозии;
• Пластик, текстолит, эбонит или иной подобный материал, диаметром 60 см в количестве 2-х штук;
• Металлические уголки для крепления лопастей – 36 штук;
• Автомобильная ступица;
• Крепежные элементы (гайки, шайбы, болты).

Инструменты

• Электрический лобзик;
• Углошлифовальная машина УШМ («болгарка»);
• Электрическая дрель или шуруповёрт;
• Набор гаечных ключей;
• Набор отверток.

А также защитные очки и перчатки.

Изготовление

Для изготовления ветряка труба режется вдоль так, чтобы получить шесть одинаковых лопастей. Из пластика вырезают две одинаковых окружности – это верхняя и нижняя опора для турбины.

По отверстиям ступицы размечают и просверливают отверстия для крепления в нижней пластиковой опоре.

Действительно ли ветрогенератор выгоден?

При этом, надо учитывать возможность самостоятельного создания ветряка. В этом случае себестоимость энергии зависит от расходов на изготовление, которые иногда оказываются совсем мизерными. Конечный результат в данном случае зависит от наличия опыта, навыков и производственной базы, которыми располагает мастер.

Нюансы применения ветрогенераторов

• Устройства до 1 кВт могут дать достаточное количество электроэнергии лишь в ветряных местах. Обычно выработанной ими энергии хватает лишь на светодиодное освещение и питание мелких электронных приборов.
• Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный домик) понадобится ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Такого показателя достаточно для питания осветительных приборов, а также компьютера и телевизора, однако его мощности недостаточно, чтобы снабдить электричеством круглосуточно работающий современный холодильник.
• Для обеспечения энергией коттеджа понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, однако даже такого показателя не хватит для отопления домов. Чтобы воспользоваться подобной функцией необходим мощный вариант, начиная от 10 кВт.

При выборе модели следует учесть, что показатель мощности, указанный на устройстве, достигается лишь при максимальной скорости ветра. Так, установка в 300В будет вырабатывать указанное количество энергии лишь при скорости потоков воздуха в 10-12 м/с.

Желающим соорудить ветрогенератор собственными руками мы предлагаем следующую статью, в которой детально изложена полезная информация.

Что лучше: сделать ветрогенератор для дома своими руками или купить?

Изготовление

На подготовленной мачте, которую можно изготовить из имеющихся в наличии материалов, устанавливают кронштейн для крепления статора генератора, над ним закрепляют ступицу. На шпильки ступицы монтируют генератор, статор которого соединяют с кронштейном, неподвижно закреплённым на мачте. На вторую пластину ротора закрепляют лопастную турбину. От статора провода подключают к регулятору напряжения, который также может быть автомобильного назначения.

Собранная установка монтируется в выбранном месте, для чего основание бетонируется с предварительным устройством монтажных пластин, болтов или шпилек. Изготавливается шарнирный механизм, при помощи которого мачта будет подниматься в вертикальное положение. Одна половина шарнира крепится к залитому основанию, а вторая к изготовленной мачте, части шарнира соединяются и мачта поднимается в рабочее положение.

При изготовлении мачты необходимо предусмотреть устройство крепления растяжек, а при подъеме мачты также ими воспользоваться. Подъем можно осуществлять краном или методом натяжения троса при помощи лебедки либо любым транспортным средством. Единственное условие при таком способе подъема, это преодоление «мертвой точки», для чего все-таки понадобится автокран, либо необходимо соорудить дополнительный портал с устройством полиспаста.

После подъема мачты установка снимается с шарнира, жестко крепится на основании и фиксируется растяжками.

Контроллер для ветрогенератора

Лопасти для ветрогенератора

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайтеподписываться на канал,Если статья Вам понравилась!

Единственной проблемой становится недоступность изготовления устройства для людей, не имеющих профильного образования, навыков или хотя бы элементарных познаний в электротехнике. В таких случаях выходом из положения будет либо приобретение готового устройства, либо использование альтернативных источников электроэнергии, не столь экологически чистых, но доступных для них.

Использование ветряных генераторов требует развития и продвижения. Возможности и перспективы такого способа выработки энергии вполне реальны, но нуждаются в определенных мерах со стороны производителей и администрации населенных пунктов. Отдельные частные генераторы проблему энергоснабжения региона не решат, но для конкретного владельца усадьбы такой вариант вполне может быть выходом из положения.

Ротор Онипко