Вертикальный ветрогенератор своими руками: как собрать ветряк с вертикальной осью вращения
Ветер обладает неимоверными энергетическими возможностями. Неиспользование его мощного потенциала надо смело признать неразумным расточительством. А ведь можно запросто соорудить вертикальный ветрогенератор своими руками и получать фактически бесплатную энергию для покрытия бытовых нужд. Это же вполне реально, согласны?
Представленная статья поможет детально разобраться в сложном техническом вопросе. Систематизированная, доступно изложенная информация в мельчайших подробностях освещает принцип действия популярных систем, перерабатывающих энергию воздушных масс в электричество.
Вне сомнений, вы увлечетесь идеей создания ветряка, специфика сборки которого описана в статье. Мы подробно рассмотрели разные виды вертикальных ветрогенераторов, затронули их различия, преимущества и недостатками. Текстовую часть материала отлично дополняют фото и видео-инструкции.
Оглавление:
Преимущества и принцип работы ветряков
Современный вертикальный генератор – один из вариантов альтернативной энергии для дома. Агрегат способен преобразовать порывы ветра в энергетический ресурс. Для корректной работы он не нуждается в дополнительных устройствах, определяющих направление ветра.
Ветряной генератор роторного типа очень легко изготовить своими руками. Конечно, полностью взять на себя обеспечение частного крупногабаритного коттеджа энергией он не сможет, но с освещением хозяйственных построек, садовых дорожек и придомовой территории справится на отлично
Прибор вертикального типа функционирует на низкой высоте. Для его обслуживания не нужны различные приспособления, обеспечивающие безопасное проведение высотных ремонтных и обслуживающих работ.
Минимум движущихся деталей делает ветряную установку более надежной и эксплуатационно устойчивой. Оптимальный профиль лопастей и оригинальной формы ротор обеспечивают агрегату высокий уровень КПД независимо от того, в каком направлении дует ветер в каждый отдельный момент.
Малые бытовые модели состоят из трех и более легких лопастей, моментально улавливают самый слабый порыв и начинают вращаться, как только сила ветра превышает 1,5 м/с. Благодаря этой способности их эффективность часто превышает КПД крупных установок, нуждающихся в более сильном ветре
Генератор работает абсолютно бесшумно, не мешает хозяевам и соседям, не создает вредных выбросов в атмосферу и надежно служит в течение многих лет, аккуратно поставляя энергию в жилые помещения.
Вертикальный генератор ветрового типа работает по принципу магнитной левитации. В процессе вращения турбин образуются импульсная и подъемная силы, а также сила фактического торможения. Первые две заставляют крутиться лопасти агрегата. Это действие активирует ротор и он создает магнитное поле, вырабатывающее электричество.
Ветряк, имеющий вертикальную ось вращения, по эффективности не уступает своим горизонтальным аналогам. К тому же не предъявляет претензий к территориальному расположению и полноценно работает практически в любом удобном для домовладельцев месте
Прибор функционирует полностью самостоятельно и не требует вмешательства хозяев в процесс.
Классификация вертикальных генераторов
Между ветроулавливающими устройствами вертикального типа есть некоторая конструкционная разница. Она не делает агрегаты лучше или хуже, а просто позволяет подобрать самый удобный вариант для выполнения конкретных задач в определенной местности.
#1: Особенности ортогональных систем
Конструкционно ортогональный ветряной генератор состоит из прочной оси вертикального вращения и нескольких параллельных лопастей, удаленных от центровой основы на определенное расстояние.
Прибор не нуждается в дополнительных направляющих механизмах и нормально работает, независимо от направления ветра. Вертикально расположенный главный вал дает возможность размещать приводное оборудование на уровне земли, что существенно облегчает эксплуатацию, ремонт и техническое обслуживание.
Опорные узлы ортогонального генератора имеют не очень высокий срок службы. Это обусловлено высокими динамическими нагрузками, которые на них оказывает в процессе работы ротор. Чтобы установка не вышла из строя раньше времени, все опорные части необходимо регулярно осматривать и своевременно менять поврежденные на новые
К минусам ортогональных приборов относятся слишком массивная лопастная система и низкая эффективность по сравнению с КПД горизонтально-осевых модулей.
Простейшую ветровую турбину для питания маломощных потребителей можно собрать из готовых комплектующих:
Галерея изображенийФото из Маломощный ветряк для зарядки аккумулятороной батарейки мобильника или питания светодиодных лампочек можно собрать из деталей, предлагаемых торговыми интерне-площадками Вертикально расположенные лопасти миниатюрного ветрогенератора чутко реагируют на малейшее дуновение. Даже незначительное движение воздушного потока заставит его работать В комплектации таких устройств есть все компоненты, требующиеся для выработки энергии. В зависимости от порывов ветра, устройство может развивать напряжение от 0,01 до 5,05 В Согласно паспортным данным мини-ветряк вращается со скоростью от 100 до 6000 об/мин, выход постоянного тока от 0,01 до 100 мА Комплект для сборки ветрякаСборка лопастей мини ветрогенератораПодключение генератора к рабочей частиЧастота оборотов в минуту
#2: Генераторы с ротором Дарье
Ветряной генератор, оснащенный ротором Дарье, имеет вертикальную ось вращения и 2-3 плоские полосы-лопасти без характерного аэродинамического профиля, закрепленные у основания и на верхушке оси вращения.
Агрегат в своей работе не ориентируется на силу или направление ветра, имеет высокую скорость вращения и допускает расположение приводных устройств на земле, что облегчает и ускоряет процесс планового обслуживания и возможного ремонта.
Двухлопастные генераторные установки с ротором Дарье активируются только сильным порывом ветра. При равномерно набегающем потоке запуститься самостоятельно они не могут
Опорные и вращающиеся узлы прибора с ротором Дарье уязвимы к повышенным динамическим нагрузкам, а эффективность лопастной системы по многим параметрам уступает осевым горизонтальным установкам.
#3: Агрегаты с ротором Савониуса
Вертикальный ветряной прибор с ротором Савониуса имеет полуцилиндрическую лопастную систему и от аналогичных установок отличается высоким пусковым крутящим моментом и способностью эффективно работать при низкоскоростных ветрах.
Мощность предлагаемых на рынке вертикальных ветрогенераторов с ротором Савониуса не превышает 5 кВт. Приборы редко используют как самостоятельную рабочую единицу, а чаще всего применяют для создания более высокого пускового момента для роторных установок Дарье
В упрек вертикальному комплексу с ротором Савониуса ставят повышенную материалоемкость и более низкий КПД по сравнению с ветрогенераторами горизонтальноосевого типа. Именно поэтому выпуск высокомощного оборудования такого класса считают не целесообразным.
С шагами изготовления ветряка Савониуса ознакомит следующая фото-подборка:
Галерея изображенийФото из Основание самодельного ветрогенератора собираем из трех фанерных дисков: верхний и нижний диаметром по 30 см, средний диаметром 26 см Из листа алюминия толщиной 1 мм ножницами по металлу вырезаем лопасти. Для их изготовления нужно заранее сделать шаблон из картона Последовательно фиксируем лопасти к фанерному основанию и расположенной в центре деревянной оси шурупами длиной 2 см Для того чтобы обеспечить ветряку опорную базу, делаем тумбу из фанеры или МДФ. В плите толщиной 1,8 см вырезаем отверстие, в которое будет заведен диск диаметром 32 см Для сборки опорной тумбы сооружаем стенки высотой до 15 см. Примерные габариты ее 41,5 см х 34,0 см Для фиксации генератора устроим бокс размером 67х70х68 мм и изолируем его экструдированным полистиролом, чтобы во время работы он не нагревал элементы деревянного корпуса Для того чтобы предотвратить неравномерное воздействие ветра на вертикальную турбину, вырезаем из алюминия дефлектор высотой 26 см К выходу генератора подключаем провода, требующиеся для подсоединения его к потребителям постоянного тока напрямую, а к потребителям переменного тока или АКБ через инвертор Шаг 1: Сборка основания ветрякаШаг 2: Раскрой лопастей из алюминияШаг 3: Крепление лопастей к основаниюШаг 4: Подготовка верхней детали тумбыШаг 5: Изготовление стенок опорной тумбыШаг 6: Установка генератора в боксеШаг 7: Устройство дефлектора для турбиныШаг 8: Финишная сборка вертикального ветряка
Все детали этой модели ветряка Савониуса кроме генератора на 3200 об/мин и 24 В сделаны вручную.
#4: Ветряк с многолопастным ротором и направляющей
Этот вид прибора – усовершенствованная версия классического ортогонального ветрогенератора. Роторный комплекс здесь состоит из лопастей, расположенных в два ряда.
Внешний лопастной ярус остается статичным и работает как направляющий аппарат. Он улавливает ветряной поток, захватывает его, сжимает и таким способом заметно увеличивает фактическую скорость ветра.
Внутренний ряд лопастей представляет собой подвижную структуру, на которую под определенным углом попадает воздухопоток от первой роторной установки.
КПД ветряного генератора, имеющего многолопастный ротор с направляющей системой, делает этот прибор особенно привлекательными для потребителей. Однако, стоимость такого оборудования довольно высока, и оно окупается несколько дольше, нежели аналогичные устройства более простой конфигурации
Специалисты называют этот тип прибора максимально эффективным в своем классе и подчеркивают, что специфическая конструкция позволяет ему работать даже при максимально низких скоростях ветра.
#5: Характеристика приборов с геликоидным ротором
Геликоидная ветряная установка или генератор Горлова – еще одна модификация традиционной ортогональной роторной системы. Лопасти модели закручены по дуге. Эта конструкционная особенность дает возможность быстро улавливать поток воздуха и плавно вращаться без рывков.
Такой принцип работы существенно снижает динамическую нагрузку на основание и подвижные узлы, тем самым увеличивая срок их службы.
Аппараты с ротором геликоидного типа очень надежны и легко выдерживают значительные эксплуатационные нагрузки. Однако во время работы такие ветряки создают выраженные шумовые эффекты и производят дополнительные звуковые волны, находящиеся в коротковолновой области звукового спектра
Закрученные роторные лопасти для геликоидного ветряка делают по очень прогрессивной, но сложной технологии. Из-за этого агрегаты имеют достаточно высокую стоимость и не пользуются широкой популярностью у частных потребителей.
#6: Характеристика вертикально-осевых роторов
Главное отличие вертикально-осевого генератора – это вертикально расположенные лопасти, по профилю напоминающие авиационное крыло, чья ось четко параллельна вертикальному валу. Конструкция чем-то напоминает ротор Дарье, но в производственных условиях изготовляется значительно быстрее и проще.
Генератор с вертикально-осевым ротором гораздо быстрее, чем аналогичные приборы этого класса, набирает рабочую скорость и начинает выдавать требуемый энергоресурс. Процесс сопровождается небольшим звуковым эффектом и не мешает ни владельцам установки, ни соседям
Ветряки с ротором вертикально-осевого типа отличаются надежностью и долговечностью, легко выдерживают значительные эксплуатационные нагрузки и не стоят слишком больших денег. Эти качества делают их актуальными для использования не только в промышленных, но и в бытовых целях.
Особенности выбора ветрогенераторов для частного дома и обзор лучших предложений представлены в этой статье.
Собственноручное изготовление ветряка
Создать ветрогенератор с вертикальной осью вращения в домашних условиях своими руками не слишком сложно. Достаточно приобрести обязательные составляющие детали, собрать их в правильном порядке и установить модуль на выбранное место. Как только появится минимальный ветерок, изделие заработает и начнет давать владельцам необходимую энергию.
Шаг 1: Заготовка комплектующих и материалов
Для изготовление ветряного вертикального генератора своими руками понадобятся такие комплектующие:
Для изготовления лопастей подойдет легкий качественный листовой пластик с хорошим показателем упругости. Другие виды материалов слишком подвержены различным повреждениям и деформации и просто не справятся со столь высокой динамической нагрузкой.
Изготавливая прибор самостоятельно, следует помнить, что вертикальные ветряки, сделанные своими руками, серьезно уступают в мощности заводским образцам. Поэтому, чтобы в будущем не разочароваться в созданной конструкции, лучше сразу сделать ее по параметрам, в 2 раза превышающим необходимые
Маленькие лопасти можно сделать из ПВХ средней плотности, а для больших, широких деталей потребуется максимально прочный материал, способный выдержать сильный ветер, дующий со скоростью 15 м/с и выше в течение длительного времени.
Шаг 2: Предварительная подготовка элементов
Для создания лопастей вертикального ветрогенератора из трубы ПВХ высокой прочности вырезают 4 одинаковых детали. Два полукруглых фрагмента выкраивают из жести и крепят с каждой стороны трубы. Радиус вращения лопастных частей в этом случае составит 690 мм, а высота каждой лопасти будет около 700 мм.
Для сборки роторной системы берут неодимовые магниты (6 шт), ферритовые диски диаметром 230 мм (2 шт) и клей. На первом диске размещают магниты, чередуя по полярности и соблюдая между ними угол в 60 градусов при диаметре расположения 165 мм. По такой же схеме делают второй диск, а потом заливают магниты клеем.
Для статора готовят 9 катушек и наматывают на каждую из них по 60 витков медного провода диаметром в 1 мм.
Последующая спайка происходит в таком порядке:
Вторую фазу собирают по этому же принципу, но начинают работу со 2 катушки, а третью – с 3 катушкой. Из листа фанеры делают специальную форму, дно выстилают отрезом стекловолокна и поверх размещают спаянные из катушек фазы.
Заливают конструкцию клеем и оставляют на 1-2 суток, чтобы все детали схватились и заняли нужные места. Потом приступают к соединению отдельных частей в единую рабочую систему.
Шаг 3: Сборка всех деталей генератора
Для соединения всех элементов генератора в верхнем роторе проделывают 4 отверстия для шпилек. На кронштейн магнитами вверх кладут нижний ротор. Дальше размещают статор, предварительно проделав в нем отверстия для крепления к кронштейну.
В алюминиевую пластину упирают шпильки и затем накрывают вторым ротором, располагая его магнитами вниз.
Процесс сборки деталей проводят внимательно и без спешки. Роторы обязательно выравнивают относительно друг друга, чтобы потом в конструкции не образовывался люфт (+)
Шпильки с помощью гаечного ключа поочередно вращают, чтобы верхний ротор опускался на нижний равномерно и без рывков. Когда он займет положенное место, шпильки выкручивают и убирают алюминиевые пластины. В конце всю конструкцию фиксируют гайками и затягивают их четко, но не слишком жестко, чтобы не сорвать резьбу.
Шаг 4: Окончательный монтаж оборудования
Для мачты берут прочную металлическую трубу длиной 4-5 метров и прикручивают к ней уже собранный своими руками генератор. Затем присоединяют каркас с пластиковыми лопастями к генератору и устанавливают мачтовую конструкцию на подготовленную заранее площадку с трехточечным армированным фундаментом.
Дополнительно положение системы фиксируют при помощи растяжки.
При осуществлении монтажа ветряной установки мачту нужно брать как можно длиннее. Она обязательно должна выносить ротор выше самого высокого строения на участке. Только тогда конструкция сможет эффективно работать и выдавать необходимое количество ресурса
Электрическую сеть к ветряку подключают в определенной последовательности. Контроллер принимает ресурс от генератора и преобразует переменный ток в постоянный, необходимый для заряда батареи. Можно собрать контроллер собственноручно по упрощенной схеме.
Аккумулятор накапливает выделенную энергию, а инвертор превращает постоянный ток в переменный, который питает основную массу бытовых приборов и домашних обслуживающих систем.
На нашем сайте есть подборка статей о самодельном изготовлении ветрогенераторов разного типа.
Советуем ознакомиться:
- Ветрогенератор своими руками из стиральной машины: инструкция по сборке ветряка
- Ветрогенератор из автомобильного генератора своими руками: технология сборки ветряка и разбор ошибок
- Как сделать ветрогенератор своими руками: устройство, принцип работы + лучшие самоделки
Еще один интересный вариант сооружения вертикального ветряка собрать можно из бросовых материалов, потратив на приобретение дополнительных комплектующих не более 250 руб. Самостоятельным мастерам потребуется велосипедное колесо, еще 12 велосипедных спиц, ось от заднего велосипедного колеса с тремя гайками, стальная полоса, 11 пластин из алюминия.
Еще понадобится 150 заклепок, болты М4 с гайками в количестве 18 штук, болты М6 с гайками в количестве 3 штуки, 27 больший шайб и 24 маленьких.
Вкратце этапы сборки продемонстрирует следующая галерея:
Галерея изображенийФото из Закрепив шаблон основания вертикальной лопасти на алюминиевой пластине, вырезаем 6 деталей. Необязательно четко соблюдать абрис, допустимы небольшие отклонения. После чего все заготовки надо сложить стопой и просверлить в них 16 отверстий для крепления, используя сверло 4 мм Сделаем на металлических листах прорези, отступив от края 4, 6, 8, 10, 18, 26 и 34 см, а затем через каждые 2 см до 64 см. Загнув края, собираем их в единую конструкцию, прикрепив верхнее и нижнее основание Из алюминия вырезаем 3 заготовки для устройства полых стержней. Они обеспечат жесткость, а полость позволит свободно закрепить детали шурупами Соорудив три лопасти-турбины, закрепляем их нижним основанием на колесе. Вверху соединяем сваренным из уголка треугольником Жестко крепим все три турбины лопасти к оси, обеспечив при этом неподвижное относительно вращающейся системы положение Установленный на отдельную стойку генератор постоянного тока соединяем ременной передачей с колесом. Двигатель можно использовать другой, но метод подключения будет аналогичным Мачту с ветрогенератором устанавливаем в выбранном заранее месте. Рядом не должно быть объектов, создающих помехи воздействию ветра. Баланс обеспечиваем растяжками Используя те же компоненты и детали, можно собрать более сложную, но и гораздо более производительную установку, способную обеспечить электроэнергией загородное хозяйство Этап 1: Раскрой основания для вертикальной турбиныЭтап 2: Сборка компонентов на основанииЭтап 3: Изготовление усиливающих стержнейЭтап 4: Фиксация лопастей на колесеЭтап 5: Обеспечение жесткости конструкцииЭтап 6: Установка и подключения генератораЭтап 7: Установка мачты с ветрогенераторомЭтап 8: сооружение более сложной установки
Подробно все шаги представит следующий видео-инструктаж:
Выбор места для ветрогенератора
Правильный выбор места для установки ветрогенератора – важный этап. Лучше всего разместить прибор на открытой максимально высокой точке и тщательно проследить, чтобы он не оказался ниже уровня прилегающих жилых и хозяйственных построек. Иначе здания станут препятствием для потока воздуха и КПД агрегата очень снизится.
Если участок выходит к реке или озеру, ветряк размещают на берегу, где ветры дуют особенно часто. Прекрасно подходят для расположения генератора возвышенности, имеющиеся на территории, или большие пустые пространства, на которых нет искусственных или естественных преград для воздухопотока.
Когда жилая недвижимость (дом, коттедж, квартира и пр.) находится в черте города или располагается за городом, но в местах плотной застройки, ветряной энергетический комплекс ставят на кровле.
Для размещения генератора на крыше многоквартирного дома берут письменное согласие соседей и получают официальное разрешение из соответствующих инстанций.
Устанавливая вертикальный генератор на крыше многоквартирного дома, следует помнить, что агрегат работает довольно шумно и может причинить неудобства как хозяевам, так и остальным проживающим. Поэтому размещать прибор нужно ближе к центру кровли, чтобы владельцы квартир на верхних этажах не страдали от громкого гула, издаваемого ветряком в процессе работы
В частном доме, имеющем большой приусадебный участок, выбрать подходящее место гораздо проще. Главное, учесть, чтобы конструкция находилась на расстоянии 15-25 метров от жилых помещений. Тогда звуковые эффекты от вращающихся лопастей никого не побеспокоят.
Обслуживание вертикального прибора
Чтобы ветряной вертикальный генератор работал качественно, четко и максимально эффективно, все движущиеся части конструкции обязательно смазывают. Такую процедуру проводят не реже 2 раз за весь календарный год.
Параллельно во время обслуживания подкручивают разболтавшиеся в результате эксплуатации гайки, укрепляют электрические соединения, проверяют механические узлы на наличие коррозийных проявлений, подтягивают ослабшие растяжечные тросы и внимательно осматривают лопасти на предмет разрыва или повреждения.
Зимой за вертикальными установками нужен особый уход. В период морозов лопасти покрываются коркой льда и ее необходимо своевременно очищать, чтобы скорость крутящего момента сохранялась на должном уровне
Покраску деталей производят по мере надобности и 1 раз в год совершают полное обследование всей конструкции на предмет выявления неисправностей. Такой уход обеспечивает корректную работу ветряной установки и продлевает ее эксплуатационный период.
Оценка целесообразности установки
Прежде чем приступать к изготовлению ветряного генератора вертикального типа, изучают метеоситуацию в своем регионе и стараются определить, сможет ли агрегат обеспечить необходимое количество ресурса.
Специалисты рекомендуют оценить следующие параметры:
Первый показатель узнают из данных, полученных на ближайшей метеостанции или найденных в интернете на соответствующих порталах. Дополнительно сверяются с печатными географическими изданиями и составляют полную картину о ситуации с ветром в своем регионе.
Статистику берут не за один год, а за 15-20 лет, только тогда средние цифры будут максимально корректными и покажут, сможет ли генератор полностью удовлетворить потребность домовладения в электроэнергии или его сил хватит только на питание отдельных бытовых нужд.
Если в распоряжении владельца большой участок земли, расположенный на склоне, у берега реки или на открытом пространстве, с установкой не будет проблем.
Когда же дом находится в глубине населенного пункта, а двор отличается компактными габаритами и вплотную прилегает к соседским постройкам, установить вертикальную модель ветряка своими руками будет непросто. Конструкцию придется поднимать на 3-5 м над землей и дополнительно укреплять, чтобы при сильном порыве она не упала.
Учесть всю эту информацию нужно на этапе планирования, чтобы стало понятно, сможет ли ветряной генератор взять на себя полное энергообеспечение или его роль останется в рамках вспомогательного источника энергии. Предварительно желательно провести расчет ветряка.
Выводы и полезное видео по теме
Видео №1 продемонстрирует, как сделать своими руками в домашних условиях вертикальный генератор ветряного типа с роторной системой Дарье. В ролике наглядно представлены особенности и любопытные нюансы процесса сборки. Есть определение максимальной мощности изготовленного агрегата:
Как работает вертикальный ветряной генератор и в каком объеме он выдает энергоресурс, покажет видео №2. В нем дан подробный обзор модуля и описание работы по корректному проведению замеров фактической мощности и прочих параметров:
В видео № 3 представлено тестирование самодельного ветряного генератора вертикального типа. На что способен прибор, изготовленный своими руками из подручных материалов:
Такой современный и практичный источник альтернативной энергии, как вертикальные ветряки несложно собрать своими руками. При надлежащем опыте хозяйственных работ можно изготовить каждую деталь, а потом соединить все компоненты в единую, целостную конструкцию.
Если усложнять задачу не хочется, вполне уместно приобрести уже готовые компоненты и в домашних условиях, без спешки и суеты, смонтировать надежный ветряной агрегат, способный обеспечить бесперебойные поставки электричества в жилое помещение.
Когда же в своих силах нет стопроцентной уверенности, лучше поручить работу профессионалам. Они сделают все очень быстро и в полном соответствии с базовыми эксплуатационными требованиями.
Имеете опыт сооружения и эксплуатации ветрогенератора? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями, предложите свой способ сборки агрегата. Оставлять комментарии и добавлять фотографии самоделок можно в форме, расположенной ниже.