Как да направите вятърна ферма със собствените си ръце

Съдържанието на статията

• Класификация на вятърните турбини
• Предимства и недостатъци на „вятърни турбини“
• Домашни вятърни генератори
• Обобщен проект на домашна вятърна турбина
• За генераторите за домашни „вятърни турбини“
• Домашна „вятърна мелница“ с вертикална ос
• Изработка на ротор Savonius
• Връзка на двигателя и монтаж на мачтата
• Контролер на напрежението (обикновено зарядно)
• Хоризонтално-аксиална ветровита електрическа инсталация
• Производство на вятърна турбина с хоризонтална ос
• Комбинирани вятърни турбини
• Изчисляване на мощността на домашната вятърна централа

Един от най-достъпните варианти за използване на възобновяеми енергийни източници е използването на вятърна енергия. Как самостоятелно да направите изчисление, сглобете и инсталирайте вятърна турбина, прочетете тази статия.

Класификация на вятърните турбини

Инсталациите се класифицират въз основа на следните критерии за вятърни турбини:

• местоположението на оста на въртене;
• брой остриета;
• материал от елементи;
• стъпка на винта.

Вятърните турбини по правило имат дизайн с хоризонтална и вертикална ос на въртене.

Версия с хоризонтална ос – дизайн на витлото с едно, две, три или повече остриета. Това е най-разпространената версия на въздушните електроцентрали поради високата си ефективност..

Изпълнение с вертикална ос – ортогонални и каруселни структури по примера на роторите на Дариус и Савоний. Последните две концепции трябва да бъдат изяснени, тъй като и двете имат известно значение в дизайна на ветрогенераторите..

Роторът Darrieus е ортогонален дизайн на вятърна турбина, където аеродинамичните остриета (две или повече) са разположени симетрично един на друг на определено разстояние и са фиксирани върху радиални греди. Доста сложна версия на вятърната турбина, изискваща внимателен аеродинамичен дизайн на лопатките.

Роторът Savonius е тип вятърна турбина от тип въртележка, при която две полуцилиндрични остриета са разположени едно срещу друго, образувайки синусоидална форма като цяло. Ефективността на конструкциите не е висока (около 15%), но може да бъде почти удвоена, ако лопатките са поставени по посока на вълната не хоризонтално, а вертикално и използват многостепенна конструкция с ъглово изместване на всяка двойка остриета спрямо останалите двойки.

Предимства и недостатъци на „вятърни турбини“

Предимствата на тези устройства са очевидни, особено когато се прилагат в домашни условия. Потребителите на „вятърни турбини“ всъщност получават възможността да възпроизвеждат безплатно електричество, освен малките разходи за изграждане и поддръжка. Недостатъците на вятърните турбини обаче също са очевидни..

Така че, за да се постигне ефективната работа на инсталацията, трябва да се спазват условията за стабилност на вятърните потоци. Човек не може да създаде такива условия. Това е чисто прерогатив на природата. Друг, но вече технически недостатък, е ниското качество на генерираната електрическа енергия, в резултат на което е необходимо да се допълни системата със скъпи електрически модули (мултипликатори, зарядни устройства, батерии, конвертори, стабилизатори).

Предимствата и недостатъците по отношение на характеристиките на всяка от модификациите на вятърните турбини, може би, балансират на нула. Ако хоризонтално-аксиалните модификации имат висока стойност на ефективност, тогава за стабилна работа те изискват използването на контролери на вятъра и защитни устройства от ураганни ветрове. Вертикално-аксиалните модификации имат ниска ефективност, но работят стабилно без механизъм за проследяване на посоката на вятъра. В същото време такива вятърни турбини се отличават с ниско ниво на шум, изключват ефекта на „бягането“ в условия на силен вятър и са доста компактни.

Домашни вятърни генератори

Да направите „вятърна мелница“ със собствените си ръце е напълно разрешима задача. Освен това конструктивен и рационален подход към бизнеса ще помогне да се намалят до минимум неизбежните финансови разходи. На първо място, струва си да се очертае проект, да се извършат необходимите изчисления за балансиране и мощност. Тези действия не само ще гарантират успешното изграждане на вятърната централа, но и ще гарантират, че цялото закупено оборудване се запазва непокътнато..

Препоръчва се да се започне с изграждането на микро-вятърна мелница с капацитет от няколко десетки вата. В бъдеще натрупаният опит ще помогне за създаването на по-мощна структура. Когато създавате домашен генератор на вятър, не трябва да се фокусирате върху получаването на висококачествено електричество (220 V, 50 Hz), тъй като тази опция ще изисква значителни финансови инвестиции. По-разумно е да се ограничи използването на първоначално полученото електричество, което може успешно да се използва без преобразуване за други цели, например за поддържане на системи за отопление и топла вода, изградени на електрически нагреватели (TEN) – такива устройства не изискват стабилно напрежение и честота. Това прави възможно създаването на проста схема, която работи директно от генератора..

Най-вероятно никой няма да спори, че отоплението и захранването с топла вода в къща са по-ниски по отношение на домакинските уреди и осветителни устройства, за които често се търси мощност за инсталиране на вятърни турбини в домашни условия. Устройството на вятърна турбина специално с цел да осигури на къщата топлина и топла вода е минималните разходи и простотата на дизайна.

Обобщен проект на домашна вятърна турбина

В структурно отношение проектът за дома до голяма степен е същият като индустриалната инсталация. Вярно е, че домакинските решения често се основават на вертикално-аксиални вятърни турбини и са оборудвани с постояннотокови генератори с ниско напрежение. Съставът на модулите на битова вятърна турбина, при условие че се получава висококачествено електричество (220 V, 50 Hz):

• вятърна турбина;
• устройство за ориентация на вятъра;
• множител;
• DC генератор (12V, 24V);
• модул за зареждане на батерията;
• акумулаторни батерии (литиево-йонни, литиево-полимерни, оловно-кисели);
• преобразувател на DC напрежение 12 V (24 V) в променливо напрежение 220 V.

Вятър генератор PIC 8-6 / 2.5

Как работи? Просто. Вятърът обръща вятърната турбина. Въртящият момент се предава чрез умножител към вала на генератора на постоянен ток. Енергията, получена на изхода на генератора, се акумулира в батериите чрез зареждащия модул. От клемите на акумулатора към преобразувателя се подава постоянно напрежение 12 V (24 V, 48 V), където той се трансформира в напрежение, подходящо за захранване на домакински електрически мрежи.

За генераторите за домашни „вятърни турбини“

Повечето от домакинските структури на вятърни турбини, като правило, са проектирани с използване на двигатели с постоянен ток с ниска скорост. Това е най-простият вариант за генератор, който не изисква надстройки. Оптимални – електродвигатели с постоянни магнити, проектирани за захранващо напрежение от около 60-100 волта. Има практика да се използват автомобилни генератори, но за такъв случай е необходимо въвеждането на умножител, тъй като автогенераторите произвеждат необходимото напрежение само при високи (1800–2500) оборота в минута. Една от възможните опции е реконструкцията на асинхронен двигател с променлив ток, но също така е доста сложна, изискваща точни изчисления, работа на завиване и инсталиране на неодимови магнити в областта на ротора. Има опция за трифазен асинхронен двигател със свързването на кондензатори с еднакъв капацитет между фазите. И накрая, има възможност да направите генератор от нулата със собствените си ръце. Има много инструкции по този въпрос..

Домашна „вятърна мелница“ с вертикална ос

На базата на ротора Savonius може да бъде изграден доста ефективен и най-важното евтин генератор на вятър. Тук за пример се счита микроелектроцентрала с мощност, която не надвишава 20W. Това устройство обаче е напълно достатъчно, например, за да осигури електрическа енергия на някои домакински уреди, работещи от напрежение 12 волта..

Комплект части:

1. Алуминиев лист с дебелина 1,5-2 мм.
2. Пластмасова тръба: диаметър 125 мм, дължина 3000 мм.
3. Алуминиева тръба: диаметър 32 мм, дължина 500 мм.
4. DC мотор (потенциален генератор), 30-60V, 360-450 об / мин, например, електрически мотор PIK8-6 / 2.5.
5. Контролер на напрежението .
6. батерия.

Изработка на ротор Savonius

От алуминиевия лист се изрязват три „палачинки“ с диаметър 285 мм. В центъра на всяка от тях се пробиват отвори за 32 мм алуминиева тръба. Оказва се нещо като компактдискове. Две парчета с дължина 150 мм се изрязват от пластмасовата тръба и се разрязват наполовина по дължина. Резултатът е четири полукръгли остриета 125х150 мм. И трите алуминиеви „компактни диска“ се поставят на 32 мм тръба и се фиксират на разстояние 320, 170, 20 мм от горната точка строго хоризонтално, образувайки две нива. Ножовете се поставят между дисковете, две парчета на ниво и се фиксират строго един срещу друг, образувайки синусоида. В този случай остриетата на горния слой се изместват спрямо остриетата на долния слой под ъгъл от 90 градуса. Резултатът е четирикратният ротор Savonius. За закрепване на елементите можете да използвате нитове, винтове, ъгли или да приложите други методи.

Връзка на двигателя и монтаж на мачтата

Валът на двигателите с постоянен ток с горните параметри обикновено има диаметър не повече от 10–12 mm. За да свържете вала на двигателя към тръбата на вятърната турбина, месингова втулка с необходимия вътрешен диаметър се притиска в долната част на тръбата. През стената на тръбата и втулката се пробива дупка, нарязва се конец, за да се завинтва заключващия винт. След това тръбата на вятърната турбина се поставя върху вала на генератора, след което връзката е неподвижно фиксирана със заключващ винт.

Останалата част от пластмасовата тръба (2800 мм) е мачтата на вятърната турбина. Комплектът генератор с колелото Savonius е монтиран в горната част на мачтата – той просто се вкарва в тръбата, докато спре. Като стоп се използва метален капак на диска, фиксиран върху предния край на двигателя, имащ диаметър, малко по-голям от диаметъра на мачтата. Отворите се пробиват по периферията на капака за закрепване на проводниците. Тъй като диаметърът на корпуса на двигателя е по-малък от вътрешния диаметър на тръбата, за подравняване на генератора в центъра се използват дистанционери или стопове. Кабелът от генератора се пропуска вътре в тръбата и навън през прозореца в долната част. При монтажа е необходимо да се вземе предвид дизайна на защитата на генератора срещу влага, като се използват уплътнителни уплътнения. Отново, за да се предпази от валежи, над връзката на тръбата на вятърната турбина с вала на генератора може да се постави чадър..

Монтирането на цялата конструкция се извършва на открито, добре проветриво място. Дупка с дълбочина 0,5 метра се изкопава под мачтата, долната част на тръбата се спуска в дупката, конструкцията се изравнява с проводници, след което дупката се пълни с бетон.

Контролер на напрежението (обикновено зарядно)

Произведеният генератор на вятър обикновено не е в състояние да подава 12 волта поради ниската си скорост. Максималната скорост на въртене на вятърната турбина при скорост на вятъра 6–8 m / s. достига стойност от 200-250 об / мин. На изхода е възможно да се получи напрежение от порядъка на 5-7 волта. За зареждането на батерията е необходимо напрежение 13,5-15 волта. Изходът е да се използва обикновен импулсен преобразувател на напрежение, сглобен например на базата на регулатора на напрежението LM2577ADJ. Прилагайки 5 волта постоянен ток към входа на преобразувателя, на изхода се получават 12-15 волта, което е напълно достатъчно за зареждане на автомобилна батерия.

Готов преобразувател на напрежение за LM2577

Тази микро-вятърна турбина със сигурност може да бъде подобрена. Увеличете мощността на турбината, променете материала на мачтата и височината, добавете конвертор DC-AC и т.н..

Хоризонтално-аксиална ветровита електрическа инсталация

Комплект части:

1. Пластмасова тръба с диаметър 150 мм, алуминиев лист с дебелина 1,5-2,5 мм, дървен блок с дължина 80х40 1 м, водопровод: фланец – 3, ъгъл – 2, тройник – 1.
2. DC мотор (генератор) 30-60 V, 300-470 об / мин.
3. Колела – ролка за двигател с диаметър 130-150 мм (алуминий, месинг, текстолит и др.).
4. Стоманени тръби с диаметър 25 мм и 32 мм и дължина съответно 35 мм и 3000 мм.
5. Модул за зареждане на батерията.
6. Батерии.
7. Преобразувател на напрежение 12 V – 120 V (220 V).

Производство на вятърна турбина с хоризонтална ос

За направата на лопатките на вятърните турбини е необходима пластмасова тръба. Парче от такава тръба с дължина 600 мм се нарязва по дължина на четири еднакви сегмента. За вятърна мелница са необходими три остриета, които са направени от получените сегменти, като част от материала се нарязва диагонално по цялата дължина, но не точно от ъгъл до ъгъл, а от долния ъгъл до горния ъгъл, с леко изместване от последния. Обработката на долната част на сегментите се свежда до образуването на закрепващо венчелистче на всеки от трите сегмента. За да направите това, квадрат с размери около 50×50 мм се изрязва по единия ръб, а останалата част служи като закрепващо венчелистче.

Остриетата на вятърната турбина са фиксирани върху колелото на макарата с помощта на болтови връзки. Макарата е монтирана директно върху вала на постояннотоковия двигател – генератор. Като шаси на вятърната турбина се използва обикновен дървен блок със сечение 80х40 мм и дължина 1 м. Генераторът е монтиран в единия край на дървения блок. В другия край на щангата е монтирана „опашка“, направена от лист алуминий. В долната част на шината е прикрепена 25 мм метална тръба, проектирана да играе ролята на въртящ се вал. Като мачта се използва триметрова метална тръба 32 мм. Горната част на мачтата е въртящата втулка, в която е вкарана тръбата на вятърната турбина. Опора на мачтата е направена от лист дебел шперплат. На тази опора, под формата на диск с диаметър 600 mm, се изгражда конструкция от водопроводни части, благодарение на която мачтата може лесно да се повдигне или спусне или монтира – демонтира. Стрейки се използват за закрепване на мачтата.

Цялата електроника на вятърната турбина е монтирана в отделен модул, чийто интерфейс предвижда свързване на батерии и потребителски товари. Модулът включва контролер за зареждане на батерията и преобразувател на напрежение. Такива устройства могат да бъдат сглобени самостоятелно с подходящ опит или закупени на пазара. На пазара се предлагат много различни решения за получаване на желаните изходни напрежения и токове..

Комбинирани вятърни турбини

Комбинираните вятърни турбини са сериозна опция за домашен енергиен модул. Всъщност комбинацията включва комбиниране на ветрогенератор, соларна батерия, дизелова или бензинова електроцентрала в една система. Можете да комбинирате по всякакъв начин въз основа на вашите възможности и нужди. Естествено, когато има опция три в едно, това е най-ефективното и надеждно решение..

Също така, под комбинацията от вятърни турбини се планира създаването на вятърни електроцентрали, които включват две различни модификации наведнъж. Например, когато роторът Savonius и традиционната машина с три остриета работят в един пакет. Първата турбина работи при ниска скорост на вятъра, а втората само при номинална. Така ефективността на инсталацията се запазва, неоправданите загуби на енергия са изключени, а в случай на асинхронни генератори реактивните токове се компенсират.

Комбинираните системи са технически сложни и скъпи варианти за домашна практика.

Изчисляване на мощността на домашната вятърна централа

За да изчислите мощността на вятърния генератор с хоризонтална ос, можете да използвате стандартната формула:

• N = p S V3 / 2
• н – мощност на инсталацията, W
• р – плътност на въздуха (1,2 кг / м)³)
• С – издухана площ, m²
• V – скорост на вятъра, m / s

Например, мощността на инсталация с максимален обхват на острието от 1 метър със скорост на вятъра 7 m / s ще бъде:

• н = 1,2 1 343/2 = 205,8 W

Приблизително изчисляване на мощността на вятърната турбина, създадена въз основа на ротора Savonius, може да се изчисли по формулата:

• N = p R H V3
• н – мощност на инсталацията, W
• R – радиус на работното колело, m
• V – скорост на вятъра, m / s

Например, за дизайна на вятърна централа с ротор Savonius, споменат в текста, стойността на мощността при скорост на вятъра 7 m / s. ще бъде:

• н = 1,2 0,142 0,3 343 = 17,5 W