Вертикальный ветрогенератор своими руками: как собрать ветряк с вертикальной осью вращения

Оценка целесообразности установки

Прежде чем приступать к изготовлению ветряного генератора вертикального типа, изучают метеоситуацию в своем регионе и стараются определить, сможет ли агрегат обеспечить необходимое количество ресурса.

Специалисты рекомендуют оценить следующие параметры:

• количество ветреных дней — берут среднее значение за год, когда порыв превышает 3 м/с;
• объем электроэнергии, потребляемый за сутки домовладением;
• подходящее место на собственном участке для ветряного оборудования.

Первый показатель узнают из данных, полученных на ближайшей метеостанции или найденных в интернете на соответствующих порталах. Дополнительно сверяются с печатными географическими изданиями и составляют полную картину о ситуации с ветром в своем регионе.

Статистику берут не за один год, а за 15-20 лет, только тогда средние цифры будут максимально корректными и покажут, сможет ли генератор полностью удовлетворить потребность домовладения в электроэнергии или его сил хватит только на питание отдельных бытовых нужд.

Если в распоряжении владельца большой участок земли, расположенный на склоне, у берега реки или на открытом пространстве, с установкой не будет проблем.

Когда же дом находится в глубине населенного пункта, а двор отличается компактными габаритами и вплотную прилегает к соседским постройкам, установить вертикальную модель ветряка своими руками будет непросто. Конструкцию придется поднимать на 3-5 м над землей и дополнительно укреплять, чтобы при сильном порыве она не упала.

Учесть всю эту информацию нужно на этапе планирования, чтобы стало понятно, сможет ли ветряной генератор взять на себя полное энергообеспечение или его роль останется в рамках вспомогательного источника энергии. Предварительно желательно провести расчет ветряка.

Преимущества и принцип работы ветряков

Современный вертикальный генератор – один из вариантов альтернативной энергии для дома. Агрегат способен преобразовать порывы ветра в энергетический ресурс. Для корректной работы он не нуждается в дополнительных устройствах, определяющих направление ветра.

Ветряной генератор роторного типа очень легко изготовить своими руками. Конечно, полностью взять на себя обеспечение частного крупногабаритного коттеджа энергией он не сможет, но с освещением хозяйственных построек, садовых дорожек и придомовой территории справится на отлично

Прибор вертикального типа функционирует на низкой высоте. Для его обслуживания не нужны различные приспособления, обеспечивающие безопасное проведение высотных ремонтных и обслуживающих работ.

Минимум движущихся деталей делает ветряную установку более надежной и эксплуатационно устойчивой. Оптимальный профиль лопастей и оригинальной формы ротор обеспечивают агрегату высокий уровень КПД независимо от того, в каком направлении дует ветер в каждый отдельный момент.

Малые бытовые модели состоят из трех и более легких лопастей, моментально улавливают самый слабый порыв и начинают вращаться, как только сила ветра превышает 1,5 м/с. Благодаря этой способности их эффективность часто превышает КПД крупных установок, нуждающихся в более сильном ветре

Вертикальный генератор ветрового типа работает по принципу магнитной левитации. В процессе вращения турбин образуются импульсная и подъемная силы, а также сила фактического торможения. Первые две заставляют крутиться лопасти агрегата. Это действие активирует ротор и он создает магнитное поле, вырабатывающее электричество.

Ветряк, имеющий вертикальную ось вращения, по эффективности уступает своим горизонтальным аналогам. Зато не предъявляет претензий к территориальному расположению и полноценно работает практически в любом удобном для домовладельцев месте

Комплектующие ветряного генератора

Чтобы сконструировать даже самый простой вертикальный ветряк своими руками (220 В), нужно приобрести основные составляющие:

• ротор – подвижная часть генератора
• лопасти
• мачта – может иметь различную конструкцию (тренога, пирамида)
• статор – на нем расположены катушки с медной проволокой
• аккумулятор
• инвертор – переводит постоянный ток в переменный
• контроллер – предназначен для «торможения» генератора, когда его мощность превысит установленное значение

Для изготовления лопастей лучше всего использовать листовой пластик. Другие материалы подвержены сильной деформации и повреждениям. Чем больше площадь предполагаемой детали, тем плотнее должен быть пластик.

Выбирая материал, важно убедиться, что это именно качественный ПВХ, иначе придется снова тратиться на новые составляющие и производить сложные расчеты

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

Собственная электростанция для дачи

А вот изготовление более мощного ветрогенератора придётся начать с покупки ведра и это не розыгрыш. Да, для начала, придётся купить обычное оцинкованное ведро. Это, конечно, в том случае, если такое прохудившееся ведро не завалялось где-либо в сарае. Размечаем его на четыре части и делаем ножницами по металлу прорези, так, как это показано на рис.4.

Ведро крепится за днище к шкиву генератора. Крепить следует четырьмя болтами, расположив их строго симметрично и на одном расстоянии от оси вращения, что позволит избежать дисбаланса.

Итак, практически всё готово, осталось выполнить следующие действия:

1. Отогнуть металл на прорезях, чтобы получить лопасти. Если чаще всего господствует сильный ветер, достаточно слегка отогнуть бока. Если ветер слабый, отогнуть можно и посильнее. В любом случае, величину изгиба можно отрегулировать позднее;
2. Соединить все необходимые приборы (кроме генератора) так, как это показано на рис.5;
3. Закрепить генератор с идущими от него проводами на мачте;
4. Укрепить мачту;
5. Подсоединить провода, идущие от генератора, к контроллеру.

Всё. Изготовленный своими руками ветрогенератор готов к работе.

Суть функционирования

Она для подобных конструкций отличается простотой. Вращающийся ротор позволяет получить трехфазный ток. Он, после прохождения контроллера, подзаряжает аккумулятор. Далее, благодаря инвертору, он преобразуется до «состояния», пригодное для использования бытовыми приборами – холодильниками, телевизорами, микроволновыми печами, стиральными машинами и бойлерами, пр.

Некоторая часть ее аккумулируется, остальную потребляют приборы.

Лопасти подвергаются во время вращения сразу трем воздействиям:

• подъемной силе;
• импульсной;
• тормозящей.

Последние две стараются преодолеть силу торможения, заставляют вращаться маховик, благодаря чему, ротором создается в неподвижной части генератора магнитное поле, принуждающее по проводам течь ток.

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%.

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.

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Ветряк роторный

Простейший ветрогенератор своими руками этого вида имеет вертикальную ось вращения, обеспечит легко частный дом энергией на 100%. Его смастерить сложно, но возможно. При этом, это проще даже, чем кажется. Лопасти, к примеру, несложно сделать из металлической бочки. Их вырезают ножницами для резки металла.

Рекомендуем:

• Солнечные коллекторы: эффективность, преимущества, недостатки и цена
• Ветрогенератор — альтернативный источник энергии для дома: принцип работы, виды, цены, где купить

Для сборки ветрогенератора своими руками, мощность которого, предположим. должна составлять 1,5 кВт, под руками должны быть перечисленные ниже элементы:

• автогенератор 12В;
• 12 — вольтовая батарея (лучше кислотная либо гелиевая);
• «кнопка» (полугерметичный выключатель так же12 V);
• преобразователь 700-ваттный;
• достаточной вместимости емкость из алюминия или нержавеющей стали – бак, выварка и пр.
• реле (подойдет автомобильное);
• вольтметр;
• метизы (болты, гайки и пр.);
• провод 4 мм в сечении и 2,5 мм;
• пара хомутов для закрепления на мачте генератора.

Как превратить ветер в тепло

Даже от ветряка невысокой мощности можно получить тепло для целого дома. Одной из наиболее легких в исполнении является система отопления с естественной циркуляцией.

Установив вертикальный ветряк своими руками для обогрева, можно сэкономить приличную сумму. Кроме того, при использовании системы естественной циркуляции вместе с ветряным генератором не нужно тратиться на насос.

Схема отопления включает в себя:

• Бойлер
• Проводящая прямая труба (для доставки нагретой воды)
• Радиаторы
• Обратная труба (для доставки остывшей воды обратно)

Бойлер устанавливается ниже уровня всей системы. Это необходимо для обеспечения естественной подачи в него воды.

С помощью прямых и обратных труб радиаторы последовательно соединяются, соответственно, с верхней и нижней частью бойлера. Нагреваемая в нем вода будет выдавливаться вверх, попадая поочередно в радиаторы.

Расчет мультипликатора

Генераторная установка имеет наклонную токоскоростную характеристику: с ростом оборотов ротора увеличивается максимальная отдаваемая им мощность. Следовательно, чтобы обеспечить наибольшую эффективность тихоходного ветрогенератора, нам понадобится мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Для самодельной конструкции наиболее оптимальное решение – это ременной мультипликатор: он прост в изготовлении и требует минимума станочных работ. Коэффициент повышения оборотов у него будет равен отношению диаметра ведущего шкива, связанного с осью винта, к диаметру ведомого шкива генератора. При необходимости передаточное число будет легко скорректировать заменой одного из шкивов.

При проектировании мультипликатора нужно учитывать как средние обороты лопастного узла, так и токоскоростную характеристику генератора. Если мы используем серийный автомобильный генератор, то ее без труда можно найти в Интернете, с самодельными же конструкциями, скорее всего, придется идти методом проб и ошибок.

Для примера возьмем распространенный тракторный генератор, о котором уже писали выше.

Взяв расчетную мощность нашей ветроустановки в 90 ватт, найдем точку на графике, соответствующую выходу генератора на эту мощность. При номинальном напряжении 14 В нам потребуется токоотдача не менее 6,5 А – согласно графику, это произойдет при оборотах чуть выше 1000 об/мин. Пусть винт нашей конструкции вращается ветром со скоростью 60 об/мин (ветер средней силы). Значит, нам потребуется как минимум двадцатикратное соотношение диаметров шкивов – для 70-миллиметрового шкива генератора шкив ветряка должен будет иметь диаметр почти полтора метра, что неприемлемо. Это недвусмысленно намекает, насколько мала эффективность ветрогенераторов такого типа – без сложного многоступенчатого редуктора, который сам по себе приведет к большим потерям мощности, вывести автомобильный генератор на рабочий режим практически невозможно.

Для сравнения, посмотрим на характеристики генераторов, используемых в ветрогенераторах промышленного изготовления. Например, генератор на постоянных магнитах ГВУ1000, по конструкции аналогичный описанной выше самоделке из автомобильного тормозного диска, всего при 200 оборотах в минуту выдает мощность в 1 киловатт. С другой стороны, обратной стороной является его значительные вес (34 кг) и цена (почти 70 тысяч рублей).

Необходимые инструменты и материалы

Для изготовления самодельного ветряка потребуются такие детали:

• ротор с лопастями;
• редуктор для регулирования скорости вращения ротора;
• гелевый или щелочной аккумулятор для питания электроприборов;
• инвертор для трансформации тока;
• хвостовая часть;
• мачта.

Ротор с лопастями можно сделать самостоятельно, тогда как остальные элементы, вероятно, придётся купить или собрать из необходимых деталей. Кроме этого, для сборки самодельного ветряка потребуются такие инструменты и материалы:

• пила по дереву;
• ножницы по металлу;
• горячий клей;
• паяльник;
• дрель.

Обязательно нужны винты и болты для соединения лезвий со ступицей и для скрепления металлической трубы с деревом.

Лопасти для ветрогенератора своими руками

Изготавливая лопасти самостоятельно, стоит особое внимание уделить соблюдению заданной чертежом формы изделий. Лопасти могут быть крыльчатого или парусного типа. Второй более прост в изготовлении, но имеет невысокий КПД, что делает его неэффективным в самодельных ветрогенераторах даже средних размеров

Второй более прост в изготовлении, но имеет невысокий КПД, что делает его неэффективным в самодельных ветрогенераторах даже средних размеров.

Для изготовления лопастей самодельного ветрогенератора подойдут такие материалы как:

• пластик;
• дерево;
• алюминий;
• стекловолокно;
• поливинилхлорид.

Устройство лопастной части ветрогенератора

Если выбирать поливинилхлорид, то для создания лопастей отлично подойдут ПВХ-трубы диаметром от 160 мм. Пластик и дерево — менее износостойкие материалы, которые под воздействием осадков и сильного ветра через несколько лет придут в негодность. Оптимальный вариант — алюминий: он прочный и лёгкий, устойчивый к разрыву и залому, невосприимчивый к влаге и повышенным температурам.

Пошаговая инструкция по изготовлению

Когда все чертежи будут составлены, а материалы и инструменты подготовлены, можно начинать собирать ветрогенератор своими руками, руководствуясь следующим порядком:

1. Подготовить бетонный фундамент. Глубина ямы и объём бетонной смеси рассчитывается исходя из типа грунта и климатических условий. После заливки фундаменту нужно несколько недель, чтобы набрать нужную прочность. Только после этого можно устанавливать в него мачту на глубину 60-70 см, закрепив её растяжками.
2. Поместить подготовленные лопасти в трубу, закрепить их с помощью винтов и гаек на втулке, на которую будет установлен двигатель.
3. Расположить диодный мост рядом с двигателем и закрепите его с помощью саморезов. Подсоединить провод от двигателя к диодному мосту «плюс», а другой провод к отрицательному мосту.
4. Закрепить вал двигателя, надеть на него втулку и плотно затянуть её против часовой стрелки.
5. Уравновесить основание трубы с прикреплённым к нему двигателем и валом и отметить точку баланса.
6. Закрепить основание прибора болтами.

Ветрогенератор может прослужить гораздо дольше, если покрасить не только лопасти, но основание, вал и крышку двигателя. Чтобы включить установку потребуется комплект проводов, зарядное устройство, амперметр и аккумулятор.

Как сделать ветрогенератор своими руками

Основой создания ветрогенератора является грамотно сделанный проект и подготовленный чертёж

Это очень важно, потому что без чёткого представления о том, как должен выглядеть прибор, будет трудно построить его правильно, не нарушив порядок монтажа всех элементов

Чертежи и схемы

Начинать нужно с составления общего эскиза ветротурбины, пометив ключевые элементы: башню, генератор, деревянное основание, лопасти и ступицу, которая соединяет их вместе. Самостоятельно составленная схема может быть не сильно подробной: в этом нет необходимости. Её следует использовать для общего представления о том, каким будет расположение различных частей ветряного двигателя, и как конструкция будет выглядеть на завершающих этапах.

Схема сборки ветроэлектрического генератора

После подготовки схемы нужно выставить правильные размеры ветрогенератора. Они должны включать в себя высоту, длину и ширину деревянного основания, которое соединяет генератор и хвостовой плавник с башней. Также определить размеры для лопастей из металлических труб или труб из ПВХ, в зависимости от того, какой материал будет использоваться. Отдельные измерения нужны для хвостового плавника: высота, ширина и длина, а также диаметр – для лезвий, которые определяют размер ветровой турбины.

После того как будет готов чертёж и черновой набросок устройства с выставленными размерами, можно переходить к подготовке материалов и инструментов для работы.

Выбор места для ветрогенератора

Правильный выбор места для установки ветрогенератора – важный этап. Лучше всего разместить прибор на открытой максимально высокой точке и тщательно проследить, чтобы он не оказался ниже уровня прилегающих жилых и хозяйственных построек. Иначе здания станут препятствием для потока воздуха и КПД агрегата очень снизится.

Если участок выходит к реке или озеру, ветряк размещают на берегу, где ветры дуют особенно часто. Прекрасно подходят для расположения генератора возвышенности, имеющиеся на территории, или большие пустые пространства, на которых нет искусственных или естественных преград для воздухопотока.

Когда жилая недвижимость (дом, коттедж, квартира и пр.) находится в черте города или располагается за городом, но в местах плотной застройки, ветряной энергетический комплекс ставят на кровле.

Для размещения генератора на крыше многоквартирного дома берут письменное согласие соседей и получают официальное разрешение из соответствующих инстанций.

Устанавливая вертикальный генератор на крыше многоквартирного дома, следует помнить, что агрегат работает довольно шумно и может причинить неудобства как хозяевам, так и остальным проживающим. Поэтому размещать прибор нужно ближе к центру кровли, чтобы владельцы квартир на верхних этажах не страдали от громкого гула, издаваемого ветряком в процессе работы

В частном доме, имеющем большой приусадебный участок, выбрать подходящее место гораздо проще. Главное, учесть, чтобы конструкция находилась на расстоянии 15-25 метров от жилых помещений. Тогда звуковые эффекты от вращающихся лопастей никого не побеспокоят.