Преимущества и способы создания роторного ветрогенератора
Мощный ветрогенератор промышленного типа (500 Вт) стоит немало — от 1 тыс. у.е. Такие ветрогенераторы обладают преимуществом — их КПД выше, чем у роторных ветряков. Но минусом промышленных является то, что для их качественной работы требуется высокая скорость ветра — от 10-12 м/с.
Вы можете сэкономить и создать роторный ветрогенератор своими руками. Не понадобится дорогостоящее оборудование или запчасти от транспортных средств — пропеллерные или винтовые двигатели, лопасти и прочие детали. При средней скорости 4-5 м/с можно получить постоянный ток напряжением 12 В. Создавая роторный ветряк своими силами, вполне можно уложиться в сумму до 20 тыс. руб.
Типы ветрогенерирующих установок
Для получения электричества необходимо, чтобы генерирующее устройство запускалось самопроизвольно, без внешнего воздействия. Кроме того, ветряки должны иметь возможность использования их как двигателя.
Лучше всего этим требованиям отвечают ветрогенераторы на неодимовых магнитах.
Для регионов, где большую часть времени стоит безветренная погода, лучше подойдут парусные ветряки. Для них понадобится бустер и аккумуляторная батарея с большим запасом мощности. Изготовление такого устройства потребует значительных вложений – его цена составит не меньше ста тысяч рублей, поэтому стоит подумать, выгодна ли эта идея.
В местах со слабоветренной обстановкой понадобится вертикальная тихоходная ветрогенерирующая установка. Вертикальный ветрогенератор обеспечит тремя киловаттами дополнительной электроэнергии. Это не покроет полной потребности дома, но может выручить в случаях аварийного отключения основной сети или снабжения, к примеру, освещения участка.
В местах с сильными постоянными ветрами выбор типа генератора зависит только от мощности, которую требуется получить.
Для полутора-пяти киловатт достаточно вертикального генератора, большую мощность даст парусная или лопастная конструкция.
При достижении показателей в 220 в возможно подключение освещения дома светодиодными светильниками и работа телевизора и холодильника.
Есть вариант установки мини ветрогенератора. Такие устройства не требуют сооружения мачты, устанавливаются на естественных вершинах.
Что учесть при установке генераторов?
Чтобы сделанный ветряк функционировал нормально, нужно предусмотреть ряд факторов. Хороший эффект можно получить при силе ветра 3- 5 метров в секунду и более. В основу такой конструкции кроме роторного колеса, должны также войти мощный генератор, реле-генератор, преобразователь напряжения и аккумулятор.
Отталкиваясь от существующих климатических условий в районе приусадебного участка, ветрогенераторы снабжаются тем или иным дополнительным оборудованием, благодаря которому конструкция будет иметь максимальную производительность, а также обладать хорошими характеристиками экономичности. Таким образом, на основании общего подхода к конструкции роторных ветряков, проводится адаптация к конкретным природным условиям.
Выбор мощности ветряной электростанции
Наверняка многим, кто читает эту статью, не захочется ограничиваться постройкой ветрогенератора для питания холодильника и освещения на даче, а сразу построить такую электростанцию, чтобы запитать ею не только аккумуляторные батареи, но и батареи отопления или бойлер для горячей воды. Но такая мощная электростанция будет чрезвычайно сложна в изготовлении, ведь усложнение конструкции с ростом мощности возрастает даже не в квадрате, а чуть ли не в кубе!
Как пример ветряной электростанции мощностью всего 2 кВт можно привести промышленный ветрогенератор W-HR2 международной компании AVIC (изображен на фото). Этот ветрогенератор номинальной мощностью 2 кВт имеет ротор диаметром 3,2 м с аэродинамически металлическими лопастями, прочную стальную башню высотой 8 м на массивном железобетонном фундаменте. Монтаж узлов производится при помощи автокрана. Очевидно, что расчет и изготовление подобного ветрогенератора сложно даже для отдельных специализированных фирм, и практически нереально силами одного человека непрофессионала для сооружения такого ветряка своими руками.
Таблица 1. Зависимость мощности ветрогенератора от количества лопастей и диаметра ветроколеса при скорости ветра 4 мс
Диаметр ветроколеса при числе лопастей, м
В табл. 1 показано зависимость мощности ветроколеса крыльчатого типа от его диаметра и количества лопастей. Или другими словами, какой длинны нужно взять лопасти определённого ветроколеса, чтобы получить нужную мощность. Данные в этой таблице основаны на практических испытаниях эксплуатируемых ветрогенераторов, у которых КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) ветроколеса равен 0,35 (профиль среднего качества), КПД генератора имеет значение 0,8 и КПД редуктора — 0,9.
Для кого-то эти данные могут на первый взгляд показаться слишком завышенными. Так, для примера, из табл. 1 видно, что для постройки ветряной электростанции мощностью 500 Вт с тремя лопастями, диаметр ветроколеса должен быть равным 11,48 м. Но не стоит пугаться этой цифры, поскольку данные приведены для слабого ветра 4 м/с. Это обычный ветер для равнинной местности вдали от моря.
При этом с ростом скорости ветра мощность ветряной электростанции увеличивается. На рис. показано такую зависимость для электростанции номинальной мощностью 240 Вт. Из графика видно, что при минимальном ветре 4 м/с (при котором электростанция начинает работать), мощность составляет всего 30 Вт. Но мощность ветроэлектростанции пропорциональна скорости ветра в кубе. То есть при увеличении скорости ветра в два раза до максимальной рабочей скорости 8 м/с, мощность ветряной электростанции увеличивается в 2 3 =8 раз или с 30 Вт до полной мощности 240 Вт. При более высокой скорости ветра работа ветровой станции должна будет ограничиваться.
В целом, основываясь на практическом опыте можно заключить, что относительно несложный самодельный ветрогенератор будет иметь мощность в пределах 200-500 Вт. Это своего рода «золотая середина». Редко индивидуальным конструкторам удаётся собрать более мощный ветрогенератор своими руками, который реально будет работать.
Особенности совместного применения с солнечными панелями
Наиболее интересна практика совместного применения солнечных батарей и ветровых генерирующих установок. Эффективность подобных комплектов оборудования связана со следующими факторами:
- Наибольшая средняя скорость ветра в Питере характерна для периода осень-весна. Именно в эти месяцы ветровой генератор для дома и выработает больший объем электроэнергии.
- Солнечная активность в регионе более интенсивна в летний период.
Благодаря правильному подбору и комплектации оборудования можно практически полностью закрыть потребность в электроэнергии на протяжении всего года. Летом заряд АКБ будет обеспечен за счет солнечной энергии, а в малосолнечные месяцы основная нагрузка ляжет именно на ветряк для дома. Срок окупаемости альтернативных комбинированных электростанций сокращается в 1-2 раза по сравнению с отдельным использованием энергии ветра и солнца.
Некоторые особенности проектирования
Заметим, что минимальная скорость ветра, при которой начинает крутиться винт ветрогенератора составляет 2 м/сек, а оптимальная скорость ветра — это 10-12 м/сек. При проектировании и сборке генератора могут быть допущены ошибки, которые могут привести его к разрушению. Одна из самых распространенных ошибок, которую допускают мастера, это пренебрежение таким узлом, как модуль торможения. В стандартном исполнении большинство автомобильных генераторов им не оснащено. В этом случае генератор необходимо «доводить до ума». Этот модуль, своего рода предохранитель, который не дает ротору раскрутиться до больших скоростей. Подшипники, которые не рассчитаны на высокие обороты, могут просто не выдержать.
К такой же недоработке можно отнести и отсутствие ограничителя на флюгере. В случае возникновения сильного ветра генератор может начать вращаться вокруг оси флюгера. В лучшем случае произойдет разрыв проводов, в худшем разрушение всей конструкции.
В качестве заключения отметим, что без определённого опыта сделать эффективный ветрогенератор своими руками довольно сложно, и если позволяет финансовая сторона вопроса – лучше купить надежный серийный агрегат.
