Теория, практика, действующая модель ветрогенератора и его промышленные аналоги с описанием и ценой.

Тем, кто часто путешествует и останавливается на дневки и ночевки на природе, наверняка приходило в голову, что хорошо было бы иметь источник подзарядки для автомобильного аккумулятора и аккумуляторов других мобильных устройств: ноутбуков, телефонов, gps навигаторов, фонарей и т.д.

Кроме того, имея достаточно мощный источник энергии даже 12 В, можно, используя преобразователь напряжения 12 220, получить полноценную «розетку» 220 В. Это еще более повысит уровень комфорта, к которому так привыкли все горожане и увеличит количество используемых устройств до привычного уровня.

Получить такой уровень комфорта можно с помощью солнечных батарей, ветряных генераторов и гидрогенераторов. При уровне мощности до 1000 Вт, эти устройства могут быть достаточно компактны даже для переноски одним человеком, если говорить об автотранспорте, то вы можете взять с собой и более мощные источники энергии.

С чего начать?

Если вы обладаете навыком работы с простыми инструментами, такими как «болгарка», электродрель, сварочный аппарат, паяльник, шуроповерт, то вам не составит особого труда собрать самодельный ветряк. Но помните, что как и в любом деле, мастерство приходит с опытом. Одно дело собрать действующий макет и совсем другое ветряк, рассчитанный на любой ветер, со стабилизацией напряжения и защитой от перегрузок.

Теперь остановимся подробнее на том, как собрать простейший ветряк и что для этого нужно. Следует сказать, что существуют ветряки горизонтального и вертикального типа, т.е. с плоскостью вращения ротора в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Наибольшее распространение исторически получили ветряки, с вертикально расположенными роторами (ветряные мельницы). Это несколько странно, если вспомнить, что у горизонтальных есть несколько явных преимуществ. Например, они всеракурсные, т.е. ветер с любой стороны будет вращать их ротор. Им нужен только один подшипник.

У «вертикальных» ветряков необходимо такое же поворотное устройство, хвост для отслеживания ветра и поворота по ветру. Кроме того, им нужен дополнительный подшипник для вращения рабочего ротора и еще шарнир, для защиты от слишком сильного ветра.

Сердце ветряка

В начале, при строительстве ветряка, необходимо определиться с электрическим генератором. Это сердце вашего устройства. Первое, что приходит на ум, это автомобильный генератор. Но надо учесть некоторые нюансы.

Во-первых, автомобильные генераторы требуют напряжения возбуждения, т.е. требуется дополнительный провод для подключения и дополнительный аккумулятор для запуска, что не очень удобно.

Во-вторых, автомобильные генераторы требуют высокой скорости вращения для эффективной работы ( более 1000 оборотов в минуту), что усложняет привод.

В-третьих, они достаточно тяжелы, что усложняет конструкцию мачты.

Исходя из вышесказанного, в качестве рабочего генератора, обычно выбирают двигатели постоянного тока. Если покрутить такой двигатель за рабочий вал, то на его клеммах появится напряжение.

Хорошо зарекомендовали себя электродвигатели от древних ЭВМ середины прошлого века. В этих устройствах они вращали приводы дисководов и ленточных накопителей. Такие двигатели можно найти на радиорынках или на другой барахолке. 

Действующая модель

Конкретно примененный двигатель имел следующие параметры: U=48 В, I=15A, N=1200 об/мин. Ротор ветряка вращается с частотой примерно 500 об/мин, причем с ростом частоты увеличивается не напряжение, а рабочий ток.

Для оптимизации работы устройства, рабочий ротор не насажен на вал двигателя, а применен редуктор. Редуктор может быть как цепной, так и ременный. Цепной гораздо надежнее, а ременный проще в изготовлении.

Применен цепной. В качестве привода можно использовать «механику» от старого велосипеда и трубы от его рамы. На роторе стоит звездочка Z=48, на генераторе Z=10, соединение осуществляется велосипедной цепь.

Генератор крепится при помощи болтов, но можно использовать отрезок пластиковой трубы, предварительно вставив в нее генератор и закрепив его при помощи автомобильных резьбовых хомутов. Места крепления болтов и хомутов лучше залить резиновым клеем «Момент».

Нюансы изготовления ротора.

Стоит очень ответственно подойти к изготовлению ротора. От его качества очень сильно зависит КПД генератора. Ротор после изготовления нужно тщательно отбалансировать. От этого зависит срок службы всего устройства.

Лопасти изготавливаются из 2 мм алюминия или из пластиковых труб, диаметром 60-80 мм. Из труб делать легче, т.к. этот материал более мягкий и ему легче придать нужный профиль. Возможно, вам придется экспериментально менять размеры лопастей.

Большие и широкие лопасти работают при очень слабом ветре, но не развивают больших оборотов из-за большого аэродинамического сопротивления. Маленькие крутятся быстро, но при достаточно сильном ветре.

Мой ветряк имеет ротор диаметром 2.5 метра, при слабом ветре (5-8м/с) используется 6 лопастей. При сильном ветре четыре лопасти снимаются, даже с двумя лопастями ветряк дает 4-6 А при напряжении 14 В.

Можно уменьшить размер ротора до 1.6 и использовать постоянно 2-3 лопасти. Если вы намерены менять число лопастей в зависимости от силы ветра, то мачту нужно сделать с шарниром при основании, чтобы ее можно было опускать не складывая.

Как сделать мачту?

Мачта делается из нескольких секций длиной 2-2.5 метра из стальной трубы ¾ дюйма или из алюминиевой трубы, но большего диаметра. Обычно применяется 3-4 секции, так их легче монтировать и перевозить. Чтобы ваша мачта не упала, нужно использовать «пятку» в виде металлического прямоугольника 30х30 см и систему из трех растяжек с металлическими колышками. Можно использовать готовую мачту, например которая применяется для антенн СВ диапазона. Продаются и очень удобные профессиональные телескопические мачты.

Защита от сильного ветра

Несколько слов о защите от перегрузок при очень сильном ветре. Простейший вариант-это дополнительный шарнир на мачте. С помощью этого шарнира ветряк может самостоятельно опрокидываться, «задирая» ротор в небо, при очень сильном ветре, или вы можете сами опрокинуть его с помощью веревки, привязанной к «хвосту» ветряка. Кстати, хвост делается из трубы или уголка с прикрепленной на конце вертикальной лопастью, размерами примерно 50х50 см. Общая длина хвоста примерно 1.8 м.

Пульт управления

Пульт контроля и зарядки аккумуляторов содержит в простейшем варианте вольтметр на 30 В; амперметр на 30 А; диодный мост на 30 А 100 В; балластный проволочный резистор с движком (реостат) на 50 Вт, сопротивлением 5-10 Ом. Резистор дорабатывается путем удаления нескольких последних витков.

После доработки, если переместить движок резистора в крайнее положение, его цепь будет разомкнута. Это его рабочее состояние. Резистор включают параллельно генератору до диодного моста, но после амперметра. Он используется для аварийной остановки генератора (снижения числа оборотов ротора).

Электрические способы защиты и управления

Резистор должен выдерживать ток 20-30 А в течении 30 сек. Если аккумулятор уже полностью зарядился и не нужно включать дополнительные нагрузки, то в течении нескольких секунд закорачиваем с помощью резистора генератор. Ток при этом в 2-3 раза становится меньше рабочего.

После остановки «опрокидываем» генератор или привязываем одну из лопастей к мачте. Никогда не останавливайте лопасти генератора руками или с помощью посторонних предметов, т.к. это всегда приводит к травмам и поломкам оборудования.

Не стоит ограничивать ток зарядки аккумулятора с помощью резистора, т.к. это скорее всего приведет к его выходу из строя. Для ограничения тока используйте дополнительные нагрузки, обычно это лампы накаливания. Для соединения генератора и системы управления используется обычный кабель без скользящих колец. Сечение кабеля 2х2.5 квадратных миллиметра. Лучший материал, это резина или силикон.

Преобразователь напряжения 12-220 В

В качестве инвертора 12-220 В обычно используют покупные устройства, но они достаточно дороги ( от 1500 до 10000 руб.). Для таких целей можно использовать списанные офисные «бесперебойники» UPS 1000-UPS 5000. После годичной эксплуатации их аккумуляторы уже не «держат» нагрузки. Такие устройства списывают и выбрасывают на помойку. Подключив автомобильный аккумулятор к UPS, вы получите прекрасный инвертор бесплатно.

Чем порадует рынок готовой продукции?

Теперь посмотрим, что можно купить на нашем рынке из готового оборудования и сравним цены. Посмотрим, «Стоит ли овчинка выделки»? Напимер, ветрогенераторы «WIND TURBINE » без учета стоимости мачты, преобразователя и устройства управления: 500 Вт 28500 руб., 2 кВт 59900 руб., 3 кВт 119000 руб., 5 кВт 179000 руб. Сайт http://www.vetrogenerator.ru.

Интересны генераторы серии ВЭУ ,http://www.kombitel.ru/?id=430&page=veu-1/3. Здесь цены несколько ниже, например генератор 1 кВт без систем управления, мачты и т.д. стоит 19000 руб.

Не менее дорогие ветрогенераторы из Китая, например JFWC-1KW стоит 2500$. Еще с ветрогенераторами можно ознакомиться на сайтах: www.kz.all-biz.info, www.svs-solar.ru, www.volgaveter.ru и т.д.

Выводы

Выбор, конечно, всегда за вами. Но если у вас еще нет хобби, то смастерив самодельный ветрогенератор, вы сэкономите не менее 500 долларов, познакомитесь со всеми соседями по даче, привлечете повышенное внимание к своей персоне, обретете новых друзей и знакомых и ,возможно, начнете жить по новому. Удачи, лучше делать хоть что-то, чем не делать ничего.

По материалам electrik.info