Вітряки для будинку своїми руками яка модель найкраща?

Вітряні генератори - яка модель краще?

Дуже часто хочеться заощадити на електроенергії або отримати її там, де ще не проходять вишки ЛЕП. Також можливий варіант, коли просто немає можливості приєднання до цієї вишці через відсутність вільної потужності. У будь-якому з перерахованих випадків виникає необхідність знайти доступне джерело електроенергії, причому бажано поновлюваний, тобто без застосування пального. Тому забудемо на час про існування бензинових і дизельних генераторів і спробуємо використовувати силу вітру для отримання електрики.

Вітряки існують досить давно, ще пару століть назад активно використовувалися вітряні млини. Так, під час штилю від такого пристосування мало толку, а під час бурі може відмовити навіть найнадійніший механізм (в кращому випадку). Але при всій своїй ненадійності вітровий генератор для будинку своїми руками виготовити найпростіше, він вважається найбільш ефективним, особливо якщо немає доступу до річки з швидкою течією для установки колеса. І слід пам`ятати, що вежа вітряка не повинна заважати сусідам ні шумом, ні вібрацією, ні навіть відкидаємо тінню, згідно з правилами будівництва житлового будинку на ділянці.

Вітряні генератори з вертикальною віссю можуть працювати при слабкому вітрі

Основних видів вітряків існує тільки 2: з вертикальної і горизонтальної віссю обертання. Млини, колись використовувані повсюдно, ставилися до механізмів, лопаті яких насаживались на горизонтально орієнтовану вісь. Також і більшість вітряків сьогодні виготовляються саме за цим принципом, оскільки такий варіант забезпечує найбільший ККД. Однак вітряні генератори з вертикальною віссю для будинку, зроблені своїми руками, працюють при самому слабкому вітрі, яка не зрушить лопаті пропелерних моделей. Для них досить легких поривів від 1-2 метрів в секунду. Що стосується виготовлення - набагато простіше зробити вертикальний вітряк, який приймає вітер з будь-якого боку.

Розрізняють генератори і по типу лопатей, які є у обох зазначених вище видів. Здебільшого основним фактором поділу за типами є конструкція: жорстка або вітрильна. Уже в залежності від того, який варіант кращий для конкретної моделі, вибирається матеріал для виготовлення лопатей улавливателя вітрових потоків. Це може бути фанера, жерсть чи тонка листова сталь, пластик, композит - для легкої жорсткої конструкції, а для парусної підійде будь-який гнучкий, але міцний матеріал, включаючи шовк, банерну тканину або навіть тонкий брезент.

Відмінності генераторів за формою лопатей - порівняння ефективності

Найпростіший варіант горизонтального типу - вітрильна конструкція, тобто просто розташування площин пропелера під невеликим кутом до площини обертання. Жорсткі лопаті зажадають точного розрахунку вигину їх поверхонь, або домагатися максимальної продуктивності потрібно буде дослідним шляхом. Недостатнє викривлення "крила" дасть в результаті зниження ККД із-за поганого захоплення повітряного потоку, а надто сильне саме буде створювати опір обертанню через тертя об повітря.

Парусна конструкція - найпростіший варіант горизонтального типу.

Що стосується генераторів з вертикальною віссю, їх уловлювачі вітру можуть мати найрізноманітніші форми, і розробки нових контурів і вигинів тривають постійно. Найпростіший варіант - з лопатами в формі жолобів, так звана конструкція Савоніуса. Їх кількість зазвичай роблять парних - 2 або 4. Хоча буває і більше, коли виготовляють своїми руками саморобні багатолопатеву вертикальні вітрогенератори на 30 кВт, з додатковими статичними екранами на зовнішньому кільці. Ці екрани направляють і концентрують вітер на певні ділянки розташованого усередині кільця ротора, де встановлені безпосередньо лопаті. Їх, в залежності від діаметру диска підстави, може начитував від 8 до 16 штук.

Існують ще ортогональні пропелери, які розташовані на вертикально встановлених осях і обертаються в горизонтальній площині, але їх основний недолік в надзвичайно низькому ККД. Також подібні генератори не працюють при слабких поривах вітру, потрібна швидкість не менше 4 метрів в секунду. І найрідше використовуються моделі вітряків Дорье, в тому числі гелікоїдний, з гвинтоподібним загином лопатей, дугоподібними уловлювачами вітру і конструкцією типу "Н". Вони надійні і ефективні, але їх складно робити в домашніх умовах.

Плюси і мінуси різних типів - розбираємо і оцінюємо

Як вже було сказано, продуктивність набагато вище у моделей з горизонтальною віссю обертання. Однак вони потребують сильному вітрі, такий зазвичай буває на висоті більше 10-15 метрів, і саме такої довжини встановлюють щоглу, яку вінчає поворотна гондола з лопатями. Ще одним позитивним якістю можна вважати відсутність згинального навантаження на вал, яка має місце у вітряків з вертикальною віссю. До мінусів ж можна віднести той факт, що у поворотних пропелерних моделей 2 вала, а значить більше зношуються вузлів і вище ймовірність поломки.

Вертикальні вітрогенератори найпростіше зробити самостійно

Що стосується вертикальних систем, їх переваги і недоліки залежать від моделі. Наприклад, вітряки Савоніуса найбільш прості і можуть бути зроблені для будинку своїми руками, як з консервної банки, так і з металевою або пластиковою бочки. Заводяться вони при наявності 4 лопатей від самого легкого подиху вітру, особливо якщо встановлені якісні деталі, тоді буде відбуватися самораскручіваніе за рахунок інерції навіть при поривчастим вітром. Але якщо лопаті тільки 2 або 3, самостійне обертання неможливо, тому ставлять 2 таких модуля один на інший, розташовуючи уловлювачі вітру кожного під кутом 90 градусів по відношенню до іншого. Парусність у цього типу велика, а тому дуже високо бічний тиск на вісь при сильному штормі.

У ортогональних вітряків, крім їх малої потужності, є ще ряд недоліків. По-перше, це досить сильна вібрація через нерівномірного тиску на різні ділянки лопаті крилоподібного форми. Як наслідок, швидко псується підшипник, встановлений на вертикальному валу. Крім того, подібні генератори видають при обертанні досить сильний і неприємний шум, і тому можуть стати причиною невдоволення сусідів на найближчих ділянках. Гелікоїдний, якщо їх купувати готові, заводський комплектації, обходяться дуже дорого, так само, як і багатолопатеву конструкції, у яких дуже велика кількість деталей.

Будь вітрогенератор для підвищення ефективності може бути встановлений в повертається трубі.

Принцип роботи вітряків - як влаштована система?

Незалежно від типу вітряка, сам по собі він енергію виробити не може, йому потрібен генератор, обертання валу якого буде забезпечуватися лопатями. Якщо у вас конструкція з горизонтальною віссю обертання, для передачі руху на вал знадобиться редуктор. Далі підключається контролер, який перетворює отримується на котушках генератора електрику в постійний струм, що надходить потім в акумулятори. Далі можна підключити світлодіодну лампочку, але якщо ви хочете зарядити який-небудь пристрій або підключити ноутбук, знадобиться ще і інвертор, який перетворює накопичений батареєю заряд в змінний струм.

Слід враховувати, що кожна зміна струму з змінного на постійний, і навпаки, зменшує підсумкове кількість енергії на 10-15.

Установка з вертикальною віссю обертання зручна тим, що у неї вал може бути досить довгим, і це дозволяє помістити генератор в нижній частині щогли, тобто в зоні прямого доступу. Нерідко в ланцюг встановлюють автоматичний перемикач, в тих випадках, коли вітряк працює в комплексі з сонячними батареями або водяним колесом. Також в деяких моделях ставлять гальмо, який потрібен на той випадок, якщо акумулятор повністю заряджений. На лопатях вітряків з горизонтальною віссю обертання можуть бути передбачені шарніри, які складають уловлювачі вітру під час шторму. Дуже потужний вітрогенератор на 5 кіловат, зроблений своїми руками, іноді доповнюється поворотним електромотором, який спрацьовує від датчика напрямки потоків повітря.

Виріб на неодімових магнітах - коротка інструкція

Довірити збірку ротора і статора для вітряка краще фахівця, але якщо ви вирішили зробити вітряк для приватного будинку з нуля своїми руками, необхідно знати, як виготовляється генератор. Почати слід з підстави, для якого найкраще використовувати маточину автомобіля, оскільки на ній вже є підшипники. На диск через рівні проміжки наклеюються неодимові магніти, полюси яких, звернені лицьовою стороною до вас, повинні чергуватися. Причому в однофазної моделі число різнополюсних сторін має збігатися. Що стосується трифазних генераторів, там рекомендується дотримуватися пропорції 2: 3 або 3: 4.

Для намотування котушок краще використовувати спеціальні пристосування

Далі слід зайнятися намотуванням котушок для статора. Це завдання теж краще довірити фахівцеві або використовувати спеціальні пристосування, які допоможуть впоратися з завданням більш акуратно, ніж якщо все робити вручну. Для того щоб успішно заряджати батарею на 12 Ватт, знадобиться сумарна кількість витків у всіх котушках, рівне 1000. В цілому для розрахунку витоків можна використовувати найбільш просту формулу ω = 44 / (T * S), де 44 - постійний коефіцієнт, Т - індукція Тесла, а S - перетин дроту в квадратних сантиметрах. Індукцію Тесла визначаємо по таблиці для різних типів провідників:

Намотані котушки (їм краще надавати прямокутну або трапецієподібну форму для зручності розташування по колу) закріплюємо клеєм на нерухомому підставі статора. При цьому форма і розміри внутрішнього простору котушки повинні відповідати контурам магніту. Те ж стосується і товщини. Всі кінці провідників виводимо і з`єднуємо так, щоб вийшло два загальних пучка "+" і ";". Серцевини котушок заливаємо тим же клеєм, що використовувався для фіксації, можна їм же ізолювати повністю дроти, укладені на диск статора. Тепер, якщо магніти будуть при обертанні ротора поєднуватися з котушками, різниця потенціалів полюсів створить умови для вироблення електрики.

Виготовлення вітряка на основі готового електромотора

Зазвичай домашні майстри намагаються використовувати автомобільні генератори, проте підходять далеко не всі, а тільки самозбудні, наприклад, такі, які використовувалися в деяких моделях тракторів. Більшість же вимагають для появи струму наявності підключеного акумулятора. Однак в якості основи для вітряка можна використовувати і мотор-колесо для самоката або скутера. Це дозволить зробити малошумні вертикальні вітрогенератори на 5 кВт, які будуть мати дуже високий ресурс за рахунок простої конструкції з мінімумом деталей.

Також можна використовувати в якості генератора практично будь-який електромотор від побутових верстатів, головне, щоб в основі були відсутні щітки, як, наприклад, в кутових шліфувальних машинах або електродриль - такі генератори вам не підійдуть. Для малопотужного варіанти годиться і кулер від комп`ютера, але тільки для зарядки невеликих електронних пристроїв. Якщо ви хочете отримати вертикальний вітрогенератор, виготовлений своїми руками, хоча б на 2 кВт, краще взяти за основу мотор від потужного вентилятора.