Конструкция - общий взгляд

Ветрогенератор конструктивно представляет собой ветроколесо с лопастями, редуктор (механизм, преобразующий и передающий крутящий момент), установленный на мачте ветрогенератор, аккумуляторную батарею и инвертор (устройство для преобразования постоянного тока в переменный ток).

Принцип работы

Энергия ветра вращает ветровое колесо с лопастями, крутящий момент передаётся через редуктор на генераторный вал. Таким образом осуществляется превращение механической в электрическую энергию.

Рабочая мощность ветрогенератора прямо пропорциональна размерам ветроколеса, средней скорости ветра и высоте мачты. Как правило, диаметр лопастей ветрогенератора варьируется от 0.5 до 60+ метров.

Применение ветрогенераторов

Ветрогенераторы могут применяться в самых разных местах. Это могут быть открытые и доступные в плане ветра территории, поля, мелководье, острова, горы.

Экономическая выгода ветрогенератора

Использование ветрогенератора экономически выгодно в местности, где среднегодовая скорость ветра не меньше 4 м/с. Чтобы узнать, какова средняя скорость ветра в вашей местности, изучите "Карту ветроресурсов России". Ветрогенератор начинает работу при начальной ветровой скорости от 2 м/с, начинают заряжаться батареи уже можно потреблять электроэнергию.

Ветрогенераторы и сеть

Большинство ветрогенераторов относятся к сетевым турбинам. Это значит, что они работают только при наличии внешней электрической сети ( централизованной или локальной - к примеру, с помощью дизель-генератора). Это объясняется нестабильностью ветрового потока. Сеть в качестве источника электрической мощности выполняет стабилизирующий эффект.

Главное условие использования сетевых ветрогенераторов: мощность сети должна превышать мощность ветродвигательной установки в 1.8 раза. Для больших мощностей используют несколько ветроэнергетических станций, работающих параллельно с сетью.

Ветрогенератор можно использовать и как резервный источник энергии, но при хорошем ветропотенциале экономичнее использовать его в качестве основного источника. В этом случае электросеть подключают через автоматический ввод резерва в качестве запасного источника питания.

Принцип работы ветрогенератора

Мощные потоки ветра вращают лопасти ветрогенератора. Образуется энергия вращения, которая затем передается через ротор на мультипликатор, вращающий электрический генератор (асинхронный или синхронный). Существуют конструкции ветрогенераторов, где не устанавливается мультипликатор для существенного увеличения их производительности.

Ветрогенератор можно сделать самостоятельно или приобрести уже готовый.

Ветродвигатели могут работать по одному, так называемый единичный комплекс, или группами, образуя ветропарк. Один или несколько ветродвигателей могут работают одновременно с дизель-генераторами для экономии расходов на топливо.

Сборка ветрогенератора своими руками

Тип генератора

Выбирать придется между горизонтальным или вертикальным (роторным) типом ветродвигателя.

Более простым вариантом будет установка вертикального ветрогенератора. У него выше коэффициент съёма ветра, а его балансировка значительно легче.

Мощность генератора

Чем мощнее выбранный вами генератор, тем больше вес и диаметра ветроколеса. Соответственно возрастает сложность его балансировки и закрепления.

Расчёт конструкции

Перед созданием устройства подумайте, сможете ли вы в точности воспроизвести точные заводские детали, или найти им достойную замену. Если нет - не стоит начинать.

Аккумуляторные батареи

Не стоит использовать автомобильные аккумуляторные батареи.

Минусы:

• Недолговечность;
• Взрывоопасность;
• Потребность в частом уходе.

Лучше выбрать герметические аккумуляторы:

• Созданы специально для нужд альтернативной энергетики;
• Стоит два-три раза дороже;
• Срок службы вырастет до 10 лет.

Возможные ошибки

• Неприспособленность к работе в зимних и летних условиях;
• Уязвимость к ураганным ветрам;
• Несоблюдение какой-либо технической мелочи, приводящее к деструкции всего устройства.

Сборка роторного ветрогенератора на 2 КВт (при скорости ветра 10 м/с)

Комплектующие

• генератор 12V - 15 у.е.;
• ротор 1.5 м - 40 у.е.;
• аккумулятор 12V (кислотный или гелиевый) - 15 у.е. автомобильный, 40 у.е. альтернативный;
• металлическое большое ведро или бочка (нержавейка или алюминий) - 5 у.е.,
• контроллер заряда, чтобы заряжать аккумулятор - 15 у.е.;
• реле лампы заряда (например, автомобильное) - 3 у.е.;
• полугерметичный выключатель (кнопка) на 12V - 2 у.е.;
• вольтметр (например, от любого измерительного устройства или автомобильный) - 3 у.е.;
• наружная большая доза (распределительная коробка для присоединения проводов, а также легкого доступа ко всем соединениям) - 5 у.е.;
• мачта с высотой от 1 до 10 метров - 35-70 у.е.;
• провода (4 квадрата с сечением) - 5 у.е.;
• четыре болта М6 - 3 у.е.;
• пара больших хомутов или моток нержавеющей проволоки (крепление к мачте) - 7 у.е.;

Необходимый инструмент: ключи, дрель со сверлами, отвертка, кусачки и т.п.

Ход работ

Мачта

Перед установкой всей конструкции заливаем трехточечный фундамент соответствующего объема, учитывая нюансы климата и грунта. Мачта с ветродвигателем устанавливаем после достижения бетоном максимальной прочности (неделя). Менее надёжный вариант - зарываем мачту в грунт на полметра и используем растяжки.

Ротор

После этого нужно сделать ротор и переделать шкив (фрикционное колесо с ободом или канавкой по окружности, которое передаёт движение приводному ремню или канату) генератора. Диаметр ротора выбираем, исходя из среднегодовой скорости ветра. При скорости до 6-7м/с эффективность ротора 5м больше, чем у ротора на 4м.

Лопасти

Бочку поделим на 4 равные части с помощью рулетки и маркера, затем будущие лопасти вырезаем ножницами по металлу или болгаркой. Далее её крепим к генератору болтами к шкиву и днищу. Места для болтов нужно вымерить очень точно, чтобы потом не мучиться с регулировкой вращения. На бочке отгибаем лопасти, но в разумных пределах, чтобы избежать резких порывов ветра.

Соединение

Присоединяем провода к генератору и собираем цепь в дозе. Крепим генератор к мачте, а провода к мачте и генератору. Затем соединяем в цепь генератор и подсоединяем в цепь аккумулятор (длина проводов не более метра). Подключаем нагрузку с помощью проводов (сечение провода до 2.5 мм). По желанию можно установить инвертор 12-220 В на 700-1000 Вт. Скорость вращения ветрогенератора задаётся изгибом лопастей.

За 4-5 часов всё устройство будет собрано. Такого ветрогенератора хватит для полного энергообеспечения загородной дома или дачи.

Увеличение выработки энергии

Учтите, что повышение мачтовой высоты до 18-26м повышает среднегодовую скорость ветра на 15-30%. Выработка энергии увеличивается в 1,3-1,5 раз. К этому приёму прибегают при скорости ветра ниже 4м/с. Высокая мачта устраняет влияние деревьев и построек.

Диаметр ротора выбирают по среднегодовой скорости ветра. По факту, до 6-7 м/с выработка ротора 3 м выше, чем у ротора 2 м. При стандартных среднегодовых скоростях выработка выравнивается.

Такого ветрогенератора хватит для полного энергообеспечения загородной дома или дачи.

Покупка ветряка

Если вы не в состоянии сами сделать ветрогенератор, его можно приобрести. Наиболее популярными являются фирмы Winder, EuroWind, WindElectric, ВЭУ.

Рассмотрим конкретно случай приобретения ветрогенератора Winder Malard 800.

Конструкция лопастей даёт возможность выдерживать сильные ветра.При штормовом ветре скоростью до 35 м/с выработка энергии составляет до 1800 Вт.

Технические характеристики модели:

• Ветрогенератор рассчитан на 125 тысяч часов работы. Элементарная схема позволяет собрать ветряк самому в домашних условиях. Страна-производитель - США. Гарантия на 1 год
• Мощность устройства при скорости ветра в 3 м/с - 750 Вт. Скорость, при которой начинается вращение ротора - 2,5 м/с. Все лопасти сделаны из углеродного волокна. Роторный диаметр составляет 150 см.

Комплектация:

• 6 лопастей из углеволокна;
• Ветротурбина;
• Ротор;
• Крепления;
• Хвост.

Стоимость ветрогенератора Winder Malard 800 составляет 885 евро, собирается за два часа.   

Срок окупаемости ветряков составляет 5-7 лет. При постоянных отключениях, а также при отсутствии электросети срок окупаемости составит от 3 до 5 лет.

Следует каждый год проводить тщательный осмотр всего устройства:

• Смазывать все движущиеся части;
• Подкручивать болты и все электрические соединения;
• Проверять все механизмы на отсутствие коррозии механизма и на ослабление растяжек;
• Контроль возможных повреждений лопастей (лопасти и подшипники необходимо менять каждые 7-10 лет).

Самый часто встречающийся вид поломки ветряка - отрыв лопасти. В зимнее время на лопастях ветрогенератора часто образуется лёд. Чтобы обезопаситься от несчастных случаев и травм, почаще осматривайте и очищайте лопасти турбин.