Ветрогенератор своими руками: ветряная мельница, электростанция для частного дома, принцип работы

Довольно высокая стоимость электроэнергии заставляет многих людей искать альтернативные источники электричества. Одним из них является ветрогенератор, который можно сделать своими руками и тем самым придать своему участку особый стиль.

Принцип работы ветряной мельницы

Ветроэлектрическая установка (ВЭУ) представляет собой устройство, которое обладает способностью преобразовывать энергию ветра в электрическую.

Принцип работы ВЭУ заключается в том, что в результате порывов ветра лопасти начинают двигаться, передавая движение ротору. За счет обмотки статора механическая энергия преобразуется в электроток. Высокая скорость вращения турбины генератора обеспечивается благодаря особенностям аэродинамики винтов.

После этого электричество накапливается в аккумуляторе. Высокая скорость дуновения ветра заставляет быстро вращаться лопасти, что способствует аккумулированию большего количества энергии.

Так как для работы ветрогенератора используется альтернативный источник, лопасти устройства имеют специфическую конструкцию: одна их сторона заокруглена, а другая – практически ровная. Прохождение по закругленной стороне способствует созданию вакуума, благодаря чему лопасть засасывается и отводится в сторону. В результате этого лопасти начинают вращаться.

Такой простой принцип работы ветрогенератора обеспечивает возможность использования в нескольких случаях:

Для работы в автономном режиме.
Одновременно с использованием резервной аккумуляторной батареи.
Параллельно с батареями, функционирующими от солнечной энергии.
Вместе с генераторами дизельного либо бензинового типа.

При движении потока ветра со скоростью в 45 км\час турбина ВЭУ имеет способность вырабатывать до 400 Вт электрической энергии.

Конструкция ветрогенератора оборудована специальным устройством, основная функция которого заключается в управлении аккумулятором: если заряд становится меньше, лопасти вращаются тоже с меньшей скоростью. Когда заряд аккумулятора уменьшается, лопасти начинают вращаться быстрее. Благодаря этому зарядка поддерживается на одном уровне.

На фото самый большой ветрогенератор в мире Энеркон Е-126 (высота колонны-основания составляет 135 метров, диаметр ротора — 127 метров):

Плюсы и минусы ветрогенератора для частного дома

Популярность ветрогенераторов обусловлена несколькими достоинствами:

Стоимость эксплуатации ветрогенератора заключается только в оплате профработ, направленных на поддержание в рабочем состоянии.
Нет необходимости в стороннем вмешательстве.
Возможность использования установки в условиях разных климатических зон.
Минимальный показатель износа составных элементов системы.

Кроме преимуществ, установка ветряной мельницы около частного дома также обладает и некоторыми недостатками:

Работа ветрогенератора сопровождается шумом.
Мачту и ось ветряка для выработки электроэнергии нужно заземлять.
Есть необходимость в проведении профработ.
В случае резкого обледенения либо ураганного ветра не исключена возможность повреждения рабочих частей установки.

Перед тем, как сделать ветрогенератор своими руками, нужно взять разрешение у компании, которая предоставляет услуги в данной местности. Чтобы получить такое разрешение на установку ветряной мельницы, необходимо соблюдение определенных требований:

Высота мачты ВЭУ должна быть на 3-4 м больше, чем высота самого высокого строения на территории домовладения. Расстояние от мачты ветряка до ближайшего строения не должно быть меньше 150 м.
Максимальный показатель уровня шума рабочего ветрогенератора не должен превышать 57 дб. Для измерения этого параметра шумности используется специальный прибор. Он фиксируется документально.
ВЭУ должна иметь спецзащиту от телевизионных помех. Это необходимо, чтобы предотвратить возможность создания ветряком помех для телекоммуникаций.
Если мощность ветрогенератора не превышает 75 кВт, на его установку не требуется никаких разрешений и документов (согласно Постановлению Кабмина России «О векторе государственной политики в области нетрадиционных источников энергии», который действует до 2020 года). Малые ветроэнергетические установки мощностью до 1 квт приравниваются к бытовым изделиям, поэтому не требуют справок и документов на установку.

Виды ветровой электростанции

Известно несколько видов ветряных мельниц, классификация которых базируется на определенных критериях.

Критерий	Виды ветряков	Особенности
Количество лопастей	2-3 лопасти	Лопасти начинают вращаться при малейшем дуновении ветра
	Многолопастные	Для вращения лопастей необходима довольно внушительная сила ветра
Материал для изготовления лопастей	Парусные	Есть возможность самостоятельного изготовления по доступной цене
	С жесткими лопастями, выполненными из металла или стеклопластика	Их стоимость немного выше, но и КПД этого вида ВЭУ на несколько порядков больше. Их также можно изготовить своими руками
Ось вращения лопастей	Горизонтальные	Лопасти расположены горизонтально по отношению к оси. Особенности: высокий КПД, большая популярность у пользователей, слабая возможность функционирования при слабом ветровом потоке, высокая стоимость, возможность самостоятельного изготовления
	Вертикальные (роторные)	Ось вращения ротора лопастей расположена в вертикальном положении. Вертикальный ветрогенератор может работать при слабом ветре, легко монтируется и изготавливается своими силами, низкий уровень шума
Конструкция ветряного колеса	Крыльчатые	Лопасти расположены перпендикулярно по отношению к несущему валу
	Карусельные или барабанные	Имеют вертикальный вал ветроколеса
Номинал генерируемого напряжения	На 220 В	Нет необходимости в использовании дополнительных устройств по преобразованию напряжения. Их можно изготовить своими руками. Функционирование ВЭУ этого типа полностью зависимо от силы потока ветра, при отсутствии ветра установка стоит
	На 12 (24 В)	Является наиболее популярной моделью ветрогенератора для дома, который можно сделать своими руками из автогенератора и преобразователя напряжения.

ветрогенераторы с разным количеством лопастей

парусный ветряк

горизонтальный и вертикальный ветряки

Конструкция классической ВЭУ

Независимо от вида ветряной мельницы, конструкция состоит из нескольких важных элементов.

Пропеллер

Он может монтироваться на вал генератора либо посредством использования ременной передачи. При изготовлении ветряка своими руками пропеллер можно выполнить из пластмассовых емкостей, в которых вырезаются полости для забора потока ветра. Такого типа лопасти не имеют возможности выдавать ток большой мощности.

Не исключена также возможность изготовления лопастей из кулера. В таком случае можно получить уже готовую конструкцию с пропеллером и электрическим мотором.

Некоторые специалисты рекомендуют использовать вентилятор, охлаждающий системный блок ПК, но такая конструкция не обладает способностью выдать большую мощность электротока. Ее может хватить для зажигания светодиодной лампы либо для подзарядки смартфона. Дабы получить мощный заряд тока, для изготовления лопастей рекомендуется использовать алюминиевые листы, обладающие небольшим весом. Для выполнения роторного ветрогенератора лопасти можно изготовить из стальных банок (объемом до 200 л), разрезанных вдоль.

Генератор

Для его изготовления своими руками можно применить автомобильный электромотор либо электрический двигатель из бытовой техники, например шуруповерта или принтера. Стоит отметить, что такой ветряной генератор не будет мощным. Его тока будет достаточно для зарядки телефона.

Для изготовления ветряного генератора также можно использовать неодимовые магниты, обладающие небольшими размерами и высокой мощностью. В данном случае можно предварительно вычислить мощность будущей установки.

Мачта

Жизнеспособность ветровой установки имеет непосредственную зависимость от прочности мачты. Если высота мачты в пределах 10-15 м, необходимо монтировать противовесы и растяжки. В противном случае не исключена возможность того, что сильный поток ветра развалит установку. Для изготовления ветрогенератора мощностью не больше 1 кВт прочность мачт не имеет существенного значения.

Ветрогенератор для частного дома своими руками

Видео о том, как сделать ветрогенератор для частного дома своими руками из автомобильного генератора:

Делаем все необходимые расчеты

Для расчета мощности ветряка, выполненного своими руками, пользуются формулой, которая выглядит таким образом:

P*= krV 3S/2, где r – это плотность воздуха (при условиях нашей страны это показатель равен 1, 225 кг\м³), V – скорость движения ветрового потока, S – площадь потока ветра, к – коэффициент функциональности турбины, пределы которого колеблются от 0,2 до 0,5.

Данные, полученные по этой формуле, помогут высчитать длину лопастей вентилятора, а также высоту мачты.

Мощность ветрогенератора имеет непосредственную зависимость от высоты мачты. В среднем этот показатель должен быть не меньше 10 м.

Стоимость самодельного ветряка включает в себя не только цену крепежа и дополнительных материалов, но и выполнение сварочных работ. Несмотря на это, выполнение ветряной электростанции своими руками обойдется дешевле, чем приобретение уже готового. В среднем цена самодельного ветряка колеблется в пределах 3500-4500 рублей.

Инструменты и материалы

Для работы с ветряной электростанцией необходимо предварительно подготовить такие инструменты:

Двигатель. Можно взять рабочий мотор от бензокосилки или стиральной машинки.
Лист фанеры толщиной не больше 1 см.
Гайки и болты, которые будут использоваться в качестве крепежа.
Стержень из металла, диаметром около 1 см. Достаточно 1 м длины стержня.
Пластик либо листовой металл для выполнения лопастей.
Бруски из дерева.
Электрическая дрель.
Электролобзик.
Ножницы для работы по металлу.
Ключи и пассатижи.
Аккумулятор, инвертор.

Пошаговая инструкция по изготовлению

Как сделать ветрогенератор своими руками:

Посредством использования лобзика вырезать из фанеры лопасти в количестве 3 штук. Для этого понадобиться 6 деталей, которые имеют форму капли. Специалисты рекомендуют заблаговременно приготовить трафарет.
Для каждой лопасти вырезать из фанерного листа по 3 планки длиной до 0,5 м.
В каждой фанерной заготовке вырезать 3 паза, необходимые для монтажа планки. При этом 2 паза должны быть расположены на округлой стороне лопасти и 1 – на противоположной стороне.
Соединять заготовки по 2 штуки, вставив в пазы рейки. Следует обратить внимание на то, что за плоскостью заготовок не должны выступать края реек. Для этого их необходимо закрепить шурупами.
По уже готовому трафарету вырезать из листового металла либо пластмассы заготовки по 1 для каждой лопасти. При этом следует обратить внимание на то, что длина заготовки должна быть такой же, как длина рейки, а ширина на несколько сантиметров больше, чем размеры трафарета. Это необходимо для того, чтобы иметь возможность завернуть ее на фанерной заготовке.
Оболочку завернуть и зафиксировать винтами.
Из фанеры вырезать 2 круга диаметром по 20 см.
В центральной части каждого из кругов высверлить отверстие, диаметр которого равен диаметру приготовленного стержня.
На расстоянии 120 градусов отметить на дисках точки, в которых будет осуществляться крепление опор.
В качестве опор можно взять доски либо планки из перфорированного металла. На 1 диск необходимо подготовить по 3 опоры.
С одной стороны опору прикрепить к диску посредством использования болтов. Стоит обратить внимание на то, что угол крепления опор должен быть одинаковым для всех.
На стержень надеть гайку на 12 мм и диск из фанеры, закрепив его другой гайкой.
Таким же образом поступить и со вторым диском.
На краях планок прикрепить лопасти, а потом затянуть весь крепеж.
Соединить мотор и готовую конструкцию. Крепление должно быть выполнено таким образом, чтобы конструкция имела возможность крутиться вокруг оси.
Таким же образом прикрепить конструкцию к инвертору или аккумуляторной батарее.
Поставить готовую вертикальную ветряную электростанцию на открытой ветряной территории.