В то время как инженеры и технологи крупных корпораций разрабатывают проекты по использованию альтернативных источников энергии в промышленности, домашние мастера находят способы использовать их в быту. Более того, переход на нестандартные источники энергии обусловлен не только желанием сэкономить на электричестве. В дачных и коттеджных посёлках перебои с подачей электроэнергии — не редкость, а в некоторых регионах централизованных сетей электроснабжения вообще нет. Для владельцев отдалённых частных владений и тех, кто просто хочет обеспечить своё хозяйство независимым источником энергии, предлагается идея изготовления ветрогенератора своими руками в различных вариациях.

Основная конструкция ветряной мельницы

В домашних условиях сделать ветрогенератор несложно. Достаточно взять рабочую часть пропеллера или лопастную группу, подключить её к двигателю с помощью электрического преобразователя и продумать систему накопления энергии. Затем остаётся только организовать технические условия для работы созданной инфраструктуры. Проблема в том, что для более или менее значительных объёмов производства конструкция должна состоять из полноразмерных рабочих элементов. В первую очередь рассчитывается ось колеса, её направление и материалы для сборки. Например, вертикальные ветряные турбины, сделанные своими руками, состоят из металлических пластин, обработанных особым образом на станках или с помощью ручных инструментов. Неправильная геометрия лопастей может привести к потере тяги из-за изменения направления потока. Такая конструкция будет работать против ветра.

В свою очередь, горизонтальные установки не так требовательны к расположению функциональных органов. Им также понадобятся лопасти определённой конфигурации, но упрощенной формы.

Помимо рабочей механической части, конструкция ветряка включает в себя уже упомянутый двигатель. Он должен обеспечивать преобразование и накопление энергии. Как правило, самодельный ветрогенератор для дома изготавливается из двигателей от бытовой техники, но возможны и другие варианты. Особое внимание уделяется несущей конструкции. Она будет состоять из массивного каркаса на металлической основе, защитного кожуха, основания каркаса для крепления вспомогательных узлов, стойки и других компонентов.

Технические характеристики

Без предварительного расчёта мощностей нет смысла приступать к дальнейшей разработке ветрогенератора. Способ использования установки в конечном счёте зависит от количества преобразуемой энергии. И опять же, производительность конструкции определяется размерами рабочего тела и конфигурацией его технического исполнения. Средние параметры самодельной ветряной турбины можно представить следующим образом:

• Диаметр крыльчатки 200 см
• Количество сегментов лопасти — 6.
• Напряжение генератора составляет 24 Вт.
• Ток — около 250 А.
• Мощность генератора — в диапазоне от 0,2 до 3 кВт.
• Скорость ветра до 12 м/с.
• Емкость аккумулятора — 500 Ач

Сборка лопастей колеса

Как уже отмечалось, при изготовлении сложной конструкции вертикальной ветряной мельницы не обойтись без металлического листа. Можно использовать анодированный алюминий, но стальные сегменты лучше по прочностным характеристикам, хотя они потребуют механической обработки. В любом случае, только твёрдый металл позволит собрать надёжные лопасти для конструкции вертикального ветрогенератора своими руками. Вы также можете изготовить ветряк для горизонтальной конструкции своими руками из заготовок из поливинилхлорида (ПВХ). Пластик более податлив в обработке, нечувствителен к воздействию окружающей среды и света. Его недостатки связаны с механической гибкостью, поэтому изначально следует обратить внимание на жёсткие сплавы ПВХ.

Подходящие по конструкции заготовки можно найти в напорных трубах или сегментах водосточных желобов. В случае с пластиком стоит ориентироваться на толщину стенок 5 мм, длину около 100 см и диаметр до 15 см. Чтобы сформировать сегмент, желательно использовать готовый шаблон, обвести его контуры и сделать вырез с помощью лобзика или ножовки по металлу. Балансировка самодельных лопастей для ветряной турбины осуществляется путём шлифовки и мелкозернистой обработки поверхностей. Все углы и кромки тщательно закруглены до единой формы.

Далее на основание ветряка следует установить 6 лопастей, в которые затем будет встроен генератор. Крепление осуществляется через металлическую втулку диаметром 20 см и толщиной 1 см. С помощью инверторной точечной сварки к втулке следует приварить стальные посадочные полосы длиной 30 см и шириной 1,2 см. В них следует просверлить отверстия для крепления лопастей.

Генератор велосипедного двигателя

Вопрос выбора генераторной установки является, пожалуй, самым важным, поэтому рассмотрим несколько вариантов. Самым практичным и удобным с точки зрения установки является электродвигатель для велосипеда, который можно приобрести в среднем за 7–10 тысяч рублей. Это будет модель с характеристиками напряжения до 250 В и скоростью вращения около 200 об/мин. Далее подключаются муфта ветряка и самодельный генератор. Ветрогенератор можно закрепить на корпусе с помощью болтов, выбрав отверстия для крепления спиц. В результате должна получиться компактная, относительно лёгкая, но не самая производительная установка для выработки электроэнергии. Поэтому стоит рассмотреть более мощные альтернативы.

Конструкция с автомобильным генератором переменного тока

По совокупности рабочих качеств такая установка будет оптимальным силовым агрегатом, и по возможности рекомендуется использовать тяговые и грузовые стартеры. Основная сложность будет заключаться в обмотке устройства неодимовыми магнитами. Их следует приклеить к дискам ротора. Оптимально подойдут магнитные элементы формата 25х8 мм в количестве 20 шт. При этом полюса должны быть строго чередующимися, иначе стартер будет бесполезен в конструкции.

Также стоит отказаться от круглых магнитов в пользу прямоугольных. Дело в том, что самодельный ветрогенератор из автомобильного генератора должен равномерно распределять электромагнитные волны, а элементы круглой формы не смогут в должной мере выполнять эту функцию. По внешнему и внутреннему контурам размещения магнитов также организуются линии сторон. Их можно сделать из пластилина, закреплённого эпоксидным клеем. Однако для большей надёжности стоит залить весь стартер вяжущей смолой.

Применение асинхронного двигателя

Для удобства при выполнении монтажных работ можно взять асинхронную электростанцию и после несложной переделки объединить её с механической рабочей частью ветряной мельницы. Основная часть доработки будет связана с обработкой пазов ротора на токарном станке. Финишная обработка выполняется в соответствии с толщиной магнитных элементов. Проблема обработки связана с тем, что в конструкции асинхронных двигателей не предусмотрены специальные втулки для вставки магнитов, поэтому пазы растачиваются самостоятельно.

Как и в случае с выбором прямоугольных электромагнитных элементов, для правильного направления поля к стартеру в корпусе делают вставки. После технической доработки и введения в работу оборудования конструкцию можно залить эпоксидной смолой. На выходе должен получиться самодельный ветрогенератор мощностью 2 кВт и выше — производительность будет зависеть от номинальной мощности и формата используемых магнитов. Кстати, не бойтесь, что поле обработки клеевым составом немного снизит напряжение. Это не имеет принципиального значения для работы ветряной мельницы, но может увеличить силу тока.

Использование самодельного магнитного генератора

Для обслуживания небольших аккумуляторов можно ограничиться установкой стартера собственного изготовления. У него будет много недостатков по сравнению с заводскими устройствами, но для маломощных потребителей такой системы будет достаточно. Самый важный этап в изготовлении — правильно рассчитать количество витков обмотки. Их число в самодельном ветрогенераторе с магнитами будет зависеть от количества катушек. В среднем общая мощность обеспечивается при 1000–1200 оборотах в минуту.

Если вы используете для обмотки провод большего сечения, то сопротивление уменьшится, а сила тока, наоборот, увеличится. Но в любом случае вам понадобится станок для создания катушек с обмоткой. Процесс рутинный и долгий, поэтому механизация необходима. Устройство для намотки может быть ручным на базе верстака. Достаточно организовать вращающееся оборудование на металлическом стержне и подвести к нему катушку с медным проводом. Сама катушка будет круглой. Более важным является вопрос его длины, так как вытянутая конструкция обеспечит более ровные витки при большом расходе меди на сектор. Отдельные сектора для правильного распределения обмотки по площади можно предварительно разметить на бумаге, после чего на заготовке катушки можно использовать те же пластилиновые ограничители.

Чтобы повысить прочность самодельного ветрогенератора, сделанного своими руками, рекомендуется нанести стекловолокно на дно формы. Чтобы оно не прилипало к поверхности, желательно обработать обратную сторону воском или вазелином. В системе запуска группа катушек собирается без прямых контактов. Каждый элемент должен быть надёжно закреплён, а концы фаз выводятся с многослойной изоляцией. Несколько проводов можно соединить в одну фигуру — звезду или треугольник.

Установка генератора на раму

Собранный силовой агрегат должен быть рассчитан на определённые электрические нагрузки, но не стоит забывать о механическом воздействии извне. Чтобы конструкция выдерживала динамическое и статическое давление, вал генератора должен быть надёжно закреплён в раме. Для этого используйте металлическую раму, подходящую по форме и размеру для самодельного ветрогенератора. В крайнем случае для крепления агрегата в корпусе можно использовать демпфирующие материалы. Слишком тяжёлые рамы также нежелательны. Лучшим вариантом является алюминиевая рама толщиной 1-2 см.

Высокая защита от ветра

В нормальном режиме ветряная мельница работает и вырабатывает стабильный ток при скорости ветра около 10 м/с. Превышение этого показателя будет вредным как для несущей конструкции, так и для электрооборудования. Поэтому установка защищена системой боковых лопастей. Например, самодельные вертикальные ветряные турбины защищены от ураганов с помощью панелей, обеспечивающих пружинящее усилие. В этой конструкции генератор будет работать в направлении потока вместе с хвостовой частью, то есть функция системы ограничивается механикой, но без чрезмерных нагрузок от воздушных потоков.

Мачта ветряной турбины

Центральный и основной несущий элемент установки, от которого зависит механическая надёжность всего комплекса. В качестве этого стержня можно использовать профильные уголки, трубы и столбы. Металлическая труба диаметром 10 см более практична и проста в установке. Что касается длины, то следует учитывать, что оптимальное расположение генератора над землёй — 4-5 м. Промышленные установки также монтируются на большей высоте, но для надёжной установки с такими параметрами требуется дополнительное оборудование. В этом случае, по принципу винтовых свай, можно установить самодельный ветрогенератор на трубе, погружённой в землю на глубину 1-1,5 м. При выборе точки установки необходимо учитывать, что в радиусе 30 м не должно быть помех на том же уровне. В крайнем случае придётся поднять рабочую конструкцию на 1 м над преградой.

Вы также можете заранее рассчитать устройства для спуска и подъёма. Без обслуживания всё равно не обойтись, а подставка из обычной лестницы — не самое надёжное решение. Кроме того, проектировщики рекомендуют устанавливать страховочные тросы с шагом 5 м по всей высоте мачты. Они крепятся к земле с помощью анкеров в радиусе, равном половине высоты опоры.

Заключение

Генераторные установки, работающие от природных источников энергии, по-прежнему не получили широкого распространения из-за высокой стоимости основного оборудования и значительных затрат на техническое обслуживание. В этом случае самым дорогим может оказаться самодельный ветрогенератор из асинхронного двигателя, которому потребуется мощная силовая база и регулярная техническая поддержка. С другой стороны, он также обладает самой высокой производительностью (эффективность около 80%), что позволит окупить затраты на установку и сопутствующие материалы. Сколько энергии вырабатывает аккумулятор, подключённый к такому генератору? Как показывает практика, минимальный порог энергопотребления системы с возвратом 2-3 кВт позволяет удовлетворить потребности климатических систем, бытовых групп осветительных приборов, холодильного оборудования и т. д.