Готовый генератор для ветряка и своими руками: схема, фото и видео. Ветрогенератор схема


Ветрогенератор | Полезное своими руками

Я хочу предложить читателям интересное на мой взгляд и полезное устройство - портативную ветроэлектростанцию.

В летнее время я с семьей часто отдыхаю на берегу моря. Каждому понятно, что отдых становится значительно комфортабельней, если есть источник электроэнергии.

После изготовления ветряка отпала необходимость в экономии бортовой сети автомобиля, появилась возможность постоянно пользоваться магнитолой, освещением, телевизором, а во время даже небольшого ветра - автомобильным холодильником.

Мною были изготовлены несколько вариантов ветряных генераторов. В одной из конструкций я даже задействовал шаговый двигатель из поломанного сканера. Однако, могу со всей ответственностью заявить, что вариант, предлагаемый здесь - наиболее прост и доступен.

Изготовление самодельного ветряка (чертеж ветрогенератора)

В качестве генератора, основного агрегата любой электростанции, используется электродвигатель постоянного тока (U = 48В, I = 15А, n = 1200 об/мин). Ротор вращается с частотой менее 500 об/мин, причем по мере усиления ветра обороты не возрастают, а увеличивается ток заряда. На валу генератора установлена цепная звездочка (Z=10) от велосипедного двигателя Д-6. Ведомая звездочка (Z=48) и весь кареточный узел взяты от взрослого велосипеда.

Раму пришлось распилить и придать ей нужную форму, а потом заварить. Генератор крепится к раме при помощи болтов М8. Роликовую цепь с шагом 12,7 мм перед установкой нужно прокипятить несколько минут в моторном масле, а затем вытереть ветошью. Лучше использовать цепь от мотоцикла: ее срок службы значительно дольше. Вал каретки я выточил новый, более длинный. При сборке кареточного узла необходимо смазать подшипники смазкой Литол-24 или ЦИАТИМ. Затем на вал навинчивается до упора гайка М16, надевается фланец (рис.3) и зажимается другой гайкой. К фланцу восемью болтами М6 крепится диск (рис.4) таким образом, чтобы выступ фланца на 40 мм вошел в отверстие диска.

Фланец изготавливается следующим образом: на токарном станке из стали вытачивается диск (рис.3, поз.1), затем головка торцевого ключа на 24 отрезается со стороны держателя по высоте до 20 мм, обе эти детали совмещаются друг с другом соосно и привариваются.

В таком случае, если будут использоваться только две лопасти, диск и фланец можно заменить стальной пластиной (рис.1, поз.3). Лопасти изготавливаются из дюралюминия толщиной 2 мм. После изготовления им необходимо придать дугообразную форму. Для этого лопасть надо положить на что-то круглое (например, трубу диаметром 800 мм и длиной не менее 800 мм) и согнуть по линии, показанной на чертеже. Затем лопасть при помощи шести шурупов крепится к деревянной спице, которая делается из струганного деревянного бруска 36х55х500 мм.

Спицы, в свою очередь (при помощи двух болтов М8 каждая), присоединяются к диску или пластине.

Для использования слабого ветра, 5-8 м/с, у меня сделано шесть одинаковых лопастей. При сильном ветре советую использовать только две. Но даже и при небольшом ветре с двумя лопастями ветряк дает ток 4-6 А при напряжении 14 В. В принципе, можно уменьшить длину лопастей до 80 см.

К нижней части рамы приварен штырь (кусок трубы длиной 120-150 мм), который с небольшим зазором входит в трубу-мачту. Перед монтажом его необходимо смазать и проложить латунную шайбу, на которой весь узел будет легко вращаться в горизонтальной плоскости и при помощи съемного стабилизатора становиться против ветра. Мачта длиной 3-3,5 м изготовлена из водопроводной трубы ∅34 мм (не менее). К нижней части мачты, с торца трубы, приварена опорная площадка (S 2-3 дм²), к которой, в свою очередь, приварен штырь длиной 150 мм и ∅12-15 мм. При установке мачты штырь просто втыкается в землю.

На расстоянии 1 м от верхнего конца трубы-мачты, по ее окружности, я приварил четыре гайки М10 для крепления растяжек. Мачту лучше изготовить из двух частей - для удобства перевозки на багажнике легкового автомобиля. В стационарных условиях ее можно изготовить и из другого материала, и более длинную. Несколько слов о пульте контроля и зарядки аккумулятора. В него входят амперметр и вольтметр постоянного тока любого типа, но лучше небольших размеров. Амперметр на максимальный ток 20-30 А, вольтметр на 15-30 В (из расчета того, что бортовая сеть автомобиля - 12 В).

Развязывающий диод - любого типа на ток 20 А. В качестве реостата можно использовать проволочное сопротивление типа ППБ-50Г на 5-10 0м, 50 Вт с доработкой: с левого края нужно снять несколько витков провода, чтобы в рабочем положении цепь разрывалась.

Можно использовать и любой другой резистор, выдерживающий ток 20 А в течение нескольких секунд. А нужно это вот зачем: если аккумулятор заряжен полностью и напряжение на нем достигло 14-14,5 В, то резистором в течение трех секунд закорачиваем генератор и тем самым останавливаем его, ток при этом в 3-4 раза меньше рабочего. Можно затем одну из лопастей привязать к мачте.

Закорачивать генератор резко нельзя, так как может произойти поломка механизма. Вручную, даже при среднем ветре, за лопасть останавливать очень опасно.

Уменьшать этим резистором ток заряда тоже нельзя, так как он выгорит через несколько десятков секунд. Ток заряда можно уменьшить путем добавления количества включенных в розетку ламп. Токоведущий провод - любой мягкий кабель (лучше обрезиненный) сечением 3-4 мм², который пропущен внутри трубы мачты.

electro-shema.ru

Схема работы и подключения ветрогенераторов

Для питания электроприемников от ветроустановки необходимо осуществить подключение ее к нагрузке. Бывают не сетевые (без подключения к общественной сети) и сетевые (с подключением к общественной сети) схемы подключения инверторов напряжения. Рассмотрим их.

Не сетевая схема подключения

Данная схема подключения позволит частично или полностью использовать автономное электропитание. При такой схеме подключения совершенно неважно наличие общественной электросети.

В данной системе питание потребителей осуществляется с помощью инвертора напряжения или тока напрямую от ветряной электростанции или аккумуляторных батарей.

Сетевая схема подключения

Подключение таких систем целесообразно выполнять при большой мощности ветроустановки или довольно малой мощности потребителей. Такое подключение позволяет не только питать приемники электроэнергии от общественной сети, но и при излишней выработке энергии ветряной электростанции (солнечной электростанции или их комбинаций)  продавать электроэнергию по так называемому «зеленому тарифу».

 Аккумуляторные батареи

Как их часто еще обозначают  АБ или АКБ – накапливают выработанную ветрогенератором электроэнергию. Их главной задачей есть хранение энергии в промежутке между ее выработкой и потреблением. Если емкость аккумуляторной батареи будет мала, то она быстро зарядится и последующая выработка энергии будет бессмысленна, так как хранить ее будет негде. При питании от такой батареи потребителей возникнет обратная ситуация – она слишком быстро разрядится, соответственно не позволит питать от нее нагрузку длительное время. Поэтому следует выбирать аккумуляторные батареи большой емкости, для устранения перечисленных выше недостатков. Если купить аккумуляторы огромной емкости, то они никогда не будут заряжаться на полную емкость. Также емкость аккумуляторов влияет на их стоимость и габариты. При длительном хранении электрической энергии аккумуляторные батареи саморазряжаются, что также нужно учитывать. Поэтому для правильного выбора данных устройств необходимо проанализировать все варианты, чтоб подобрать наиболее оптимальный вариант именно для вашей системы, в зависимости от требований, которые вы задаете для вашей системы.

Емкость аккумуляторной батареи

Емкость должна быть такой, чтоб при работе солнечной или ветряной электростанции при максимальной мощности заряда (или потребления) электроэнергии заряд – разряд аккумуляторной батареи  должен составлять не менее 10 часов (что является обязательным условием для AGM, кислотных, щелевых, гелевых и свинцовых батарей).  Как пример, если мощность ветряка будет 5 кВт, то емкость аккумулятора должна составить не менее 50 кВт-часов.

Инвертор напряжения

Это устройство необходимо чтоб преобразовать постоянный ток аккумулятора в переменный промышленной частоты (для бытовых потребителей 220 В 50 Гц). Именно к инвертору подключаются потребители электрической энергии.

Немаловажным фактором является и правильный выбор инвертора напряжения или тока по мощности. Если мощность инвертора 5 кВт, то вы не можете подключить к нему нагрузку в 7 кВт. То есть максимальная суммарная нагрузка  на инвертор не должна превышать 5 кВт. Если, к примеру, вам необходимо подключить бойлер мощностью 4 кВт и чайник 2 кВт то у вас есть два выхода – либо увеличить мощность инвертора (до 6-7 кВт) или же подключать  нагрузку поочередно – сначала бойлер, а потом чайник, или наоборот. Если в инверторов слишком большой разброс в мощностях (например, 7 кВт и следующий 14 кВт) можно использовать параллельную работу частотных преобразователей.

Не следует также забывать, что в инверторов есть еще и напряжение собственных нужд, которые в нашем случае составляют примерно 5-10% электроэнергии. Если же мощность на выходе инвертора составляет 5 кВт, то необходимая мощность аккумуляторной батареи возрастет до 5,2 – 5,5 кВт. Поэтому необходим инвертор или группа инверторов тока или напряжения, которые смогут обеспечить нормальное подключение всех потребителей.

Основные характеристики ветроустановки

Данную систему можно охарактеризовать следующим образом:

  • Силой ветра;
  • Мощностью ветрогенератора;
  • Мощностью аккумуляторных батарей;
  • Мощностью инвертора;

Каждый из компонентов системы работает независимо от других компонентов, но оказывает важное влияние на работоспособность системы в целом. Для правильного расчета и, как следствие, успешной работы системы необходимо четко сформулировать задачи, которые необходимо решить при проектировании, а также собрать правильные исходные данные для расчета.

elenergi.ru

Электросхема для ветрогенератора - Блоги Выживальщиков

Изготавливая своими руками ветрогенератор для дома, проще всего использовать электросистему автомобиля или трактора. Исходя из ее мощности, определяются эксплуатационные возможности ВЭУ. Поэтому необходимо применять электроузлы таких достаточно мощных автомашин, как автобус или трактор. Важно помнить, что использовать подобные узлы необходимо комплектно: аккумулятор, реле-генератор, генератор. Например, для генератора Г 250-Г 1 вполне подойдут реле-регулятор РР 362, а также аккумулятор 6 СТ 75.

Рис. 1. Схема электрооборудования ВЭУ, взятое от автомобильного генератора на 12 В:1 — генератор, 2 — реле-регулятор, 3 — аккумулятор, 4 — амперметр, 5 — выключатель генератора от разряда аккумулятора в безветренную погоду, 6 — выключатель освещения, 7 — предохранитель, 8 — лампочки освещения.

В случае, если ветряк укомплектован автогенератором на 24 В, лучше использовать марку Г-228 с мощностью1000 Вт. Подобные генераторы имеют более надежное реле напряжения, особенно в сравнениис интегральными регуляторами напряжения марки Я-120. Вместе с тем, постоянное напряжение 12 В, получаемое с автогенератора,не очень удобно для освещения, т. к. необходимо учитывать специфику цоколей автолампы и патронов.Хоть лампочки на 12 В бывают и с обычным цоколем Ц-27, их трудно найти в продаже.

Рис. 2. Схема электрооборудования ВЭУ от автомобильного генератора на 24 В:1 — генератор Г-288, 2 — регулятор напряжения 11.3702, 3 — аккумуляторы 6СТ75, амперметр АП-170, 4 — амперметр, 5 — выключатель генератора от разряда аккумуляторов в безветренную погоду, 6 — выключатель освещения, 7 — предохранитель, 8 — лампочки освещения.

Чтобы перейти от постоянного тока к переменному, нужно изготовить преобразователь напряжения. При необходимости переменный ток без проблем можно превращать в постоянный, используя мостовой выпрямитель.

Преобразователь мощностью 100 Вт позволяет включать две лампочки накала или дневного света по 40 Вт на 220 В. Схема преобразователя довольно проста. Он не требует настройки, достаточно надежен в работеи имеет внушительный КПД (более 80%).

Вы можете ознакомиться с видео,на котором показан пример самодельного ветрогенератора. Так же, Вы можете воспользоваться специальным калькулятором для расчета ветрогенератора.

Схема роторного ветрогенератора:

Рис. 1. Схема роторной ветроэлектроустановки:1 — лопасти, 2 — крестовина, 3 —вал,4 —подшипникис корпусами,5 — соединительная муфта, 6 — силовая стойка (швеллер № 20), 7 — коробка передач, 8 — генератор, 9 — растяжки (4 шт.), 10 — ступени лестницы.

Важная деталь: ротор необходимо поднять достаточно высоко – на 3–4 метра над уровнем земли. Тогда ротор окажется в зоне свободного ветра, а зона завихрений от обтекаемых ветром строений останется ниже его.

В конструкции, предложенной В. Самойловым, ротор ветрогенератора имеет 4 лопасти, что обеспечивает ему более равномерное вращение. Ротор – важнейшая часть ветряка. Его формаи размеры лопастей играют особую роль – от них зависит мощность, а также скорость вращения вала ветрового двигателя. Чем больше будет общая поверхность лопастей, которые образуют ометаемую поверхность, тем меньшим будет число оборотов ротора.

Рис. 3. Двухъярусное роторное колесо:1 — подшипник, 2 — корпус подшипника, 3 — дополнительное крепление вала четырьмя растяжками, 4 — вал.

Ротор вращается благодаря аэродинамической несимметричности. Поток ветра, набегающий поперек оси ротора, соскальзывает с округлой стороны лопасти и затем попадает на ее противоположный карман. Разность давлений на округлуюи вогнутую поверхности создает тягу, которая, раскручивая ротор, приводит его в движение. Такой ротор имеет большой крутящий момент. Мощность ротора диаметром 1 м соответствует пропеллеру с тремя лопастями диаметром 2,5 м.

При резких колебаниях ветра роторные ветродвигатели обеспечивают более стабильную работу, чем винтовые. К тому же, роторы имеют тихий ход, работают при любом направлении ветра, но при этом могут развивать лишь от 200 до500 об/мин.При сильных порывах ветра роторные ветроколеса в разносне идут. Повышение количества оборотов асинхронного генератора не дает рост напряжения на выходе. Поэтому мы не рассматриваем автоматическое изменение угла лопастей ротора при разных скоростях ветра.

Существуют разные виды роторных ветрогенераторов на вертикальном валу. Вот некоторыеиз них:1. Четырехлопастое роторное ветряное колесо тихоходное, имеет КПД до 15%.2. Двухъярусное роторное колесо немного проще, и имеет более высокое КПД (до 19%), а также развивает большее по сравнению с четырехлопастным, число оборотов. Но, чтобы сохранить прочность и жесткость установки, целесообразно увеличивать диаметр вала.3. Ротор Савониуса развивает меньшее количество оборотов по сравнению с двухлопастным. Коэффициент применения ветровой энергии не выше 12%. В основном используется для привода поршневых насосов.

4. Карусельное ветряное колесо — простейшая конструкция. Колесо развивает малые обороты, а также, имея низкую удельную мощность, обладает КПД — до 10%

vizhivai.com

Схема ветрогенератора. Типовые решения схем подключения ветрогенераторов.

Приведено несколько самымх распространенных схем согласования потребителя с ветроэлектрическими системами. При этом, хочу обратить внимание, что для каждого отдельного случая необходимо составлять индивидуальный проект, который будет решать поставленную перед системой задачу, а приведенные ниже проекты ветрогенераторов - это ориентиры для разработчиков.

1. Ветрогенератор с блоком аккумуляторов

Устройства потребителя питаются исключительно от ветроэнергетической установки.

2. Ветрогенератор с блоком аккумуляторов и коммутация с сетью.

В том случае, если ветер утих или его скорость недостаточная для выхода ветрогенератора на рабочие скорости, а резервные аккумуляторы при этом разряжены, АВР позволяет переключить потребителя на питание от электросети. Эта схема может использоваться и в реверсионном режиме, т.е. наоборот - в таком случае ветрогенератор используется как резервный источник питания. При этом АВР переключит вас на аккумуляторные батареи ветряка в случае потери питания от электросети.

3. Ветрогенератор с блоком аккумуляторов и резервный дизельгенератор.

В том случае, если ветер утих или его скорость недостаточная для выхода ветрогенератора на рабочие скорости, а резервные аккумуляторы при этом разряжены - происходит автоматический запуск резервного генератора.

4. Гибридная автономная система - солнце-ветер.

Этот вариант предусматривает под

alternativenergy.ru

Генератор для ветряка своими руками и готовые генераторы для ветряка

Популярный и экологически чистый источник энергии для загородных участков и не только – генератор для ветряка. Ветряная мельница – одно из древнейших изобретений человечества – актуальна и сейчас.

Виды

Генераторы для ветряка различаются по размерам, конструкции и мощности.

Большие генераторы, на основе которых работают ветряные электростанции, генерируют мощность в сотни мегаватт. Одной такой станции достаточно, чтобы обеспечить электричеством целый поселок.

Видео «Ветряк из автомобильного генератора своими руками»:

Для использования на загородных участках, в подсобных хозяйствах и на частных фермах применяются ветряки меньшей мощности, до 100 киловатт. Поскольку работа генераторов непосредственным образом зависит от наличия ветра, их используют в качестве дополнительного источника электричества. Топливо не требуется, никаких затрат на эксплуатацию нет, а дармовая энергия есть – можно меньше платить за сетевое электричество.

Маломощные ветряки от двадцати до пятисот ватт удобно использовать для зарядки бытовых аккумуляторов.

По ориентации оси вращения ветряки делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные генераторы в свою очередь делятся на два типа:

  • ось параллельна движению воздушной массы;
  • ось перпендикулярна движению воздушной массы.

Вертикальные мельницы от направления ветра не зависят. Конструктивно они проще горизонтальных ветряков. Их недостатки – меньшая мощность и необходимость установки на растяжках для устойчивости.

Горизонтальные мощнее, но у них должна быть предусмотрена возможность автоматической ориентировки в зависимости от направления ветра.

Из чего состоит ветрогенератор

Готовый и самодельный генератор для ветряка состоит из:

1. Ротор и подсоединенные к нему лопасти аэродинамической формы.

2. Коробка передач: для регулировки соотношения рабочих скоростей ротора и генератора. Редуктором оснащают только крупные промышленные установки, в бытовых моделях его нет.

3. Защитный кожух для электрических частей генератора.

4. Хвостовик.

5. Мачта для установки. Чаще применяется для горизонтальных конструкций, вертикальные ставят на земле. Мачта может быть с растяжками, без растяжек, поворотная с растяжками. В последнем варианте устройство может опускаться на землю, когда требуется профилактика или ремонт.

Видео «Генератор для ветряка своими руками из стиральной машины»:

У мачты есть еще одно важное свойство: с ее помощью регулируется высота установки. Чем выше, тем сильнее ветер и, следовательно, эффективнее генератор.

Рекомендации по установке

Маленькую ветряную станцию имеет смысл устанавливать в районе, где скорость ветра составляет в среднем 4 – 4,5 метра в секунду. При меньшей скорости установка будет работать неэффективно. Необходимые данные по своему району можно найти в справочниках или обратиться за консультацией в ближайший метеоцентр.

Внимание: скорость и направление ветра на вашем участке зависит также от окружающего ландшафта. Высокие дома, холмы, деревья – все это искажает общую картину. Необходимые измерения можно сделать специальным прибором, определяющим скорость ветра (анемометром).

Следующий момент – правильный выбор места размещения. Оно должно быть достаточно открытым: дома, деревья и т.д. – все это снизит эффективность ветряка. Здесь есть несколько нюансов:

Видео «Самодельный генератор для ветряка на 10 кВ»:

  • ветряк нужно ставить не менее чем в двухстах метрах от ближайших домов, чтобы избежать претензий со стороны соседей;
  • при выборе места следует учитывать характер окружающей растительности. Некоторые породы деревьев и кустарников отличаются высокой скоростью роста. Может так случиться, что через два-три года ваша личная станция окажется нефункциональной;
  • лучше устанавливать генератор на вершине холма, в степи, у береговой линии. В местах, где маловероятно появление препятствий для движения ветра.

Даже при соблюдении всех условий при установке маломощного генератора не рекомендуется ожидать стабильных высоких результатов. Скорость ветра различается в зависимости от сезона, в том числе и в очень ветреных районах.

Делая генератор для ветряка своими руками и устанавливая его на высокой мачте необходимо получить разрешение от местной администрации, сделать громоотвод, обеспечить заземление и другие меры безопасности, предусмотренные для работы с электрооборудованием.

Статьи по теме:

prodompro.ru

как работает и устроен ветряк?

В течение нашей работы мы принимаем сотни телефонных звонков и получаем электронные письма, из которых становится ясно, что большинство людей полностью не понимает принцип работы ветряков.

В этом посте я «на пальцах» объясню, как работает ветрогенератор или солнечная батарея, сравнивая их с баком для накопления дождевой воды. Сравнение будет простым и наглядным. С его помощью любой, даже совершенно не разбирающийся в электрике человек, сможет быстро понять, как работает система ветрового электрогенератора или солнечная батарея, и для чего нужен каждый компонент этой энергетической системы.

На сегодня существует два основных варианта работы ветрогенераторов (следует читать «ветрогенераторов и солнечных панелей», так как в большинстве своем общий принцип работы ветрового генератора и солнечного модуля идентичен, но для легкости написания я буду далее употреблять просто общее слово «ветрогенераторы»):

  1. Классическая несетевая схема: работа с аккумуляторными батареями и обычным инвертором. Этот вариант позволяет полностью или частично использовать автономное энергообеспечение. Для него не важно наличие общественной электросети.
  2. Сетевая схема: работа с сетевым инвертором без аккумуляторных батарей. В этой схеме вы можете частично или полностью компенсировать ваши расходы на электроэнергию. Также возможна продажа электроэнергии по «зелёному тарифу». Наличие общественной сети необходимо.

Существует также множество комбинированных и второстепенных по значимости вариантов работы ветровых станций и солнечных панелей (без инвертора, с источником бесперебойного питания и т.д.), но я не буду подробно их здесь рассматривать.

Сегодня мы рассмотрим классическую схему работы ветрового электрогенератора или солнечной батареи:

Источника воды в округе нет, до ближайшего водопровода десятки километров, а под землёй непроходимый гранитный пласт и скважину не пробьешь. Где же взять воду?

Итак, представим, что у нас есть дом, который надо обеспечить водой. В этом месте регулярно идут дожди с разной интенсивностью, что позволит нам собирать дождевую воду.

Когда идет дождь, вся дождевая вода, которая падает на крышу, стекает по водосточной трубе прямо в накопительный бак, который мы предварительно купили и установили рядом с домом. Дождевая вода постепенно собирается в баке, позволяя нам её набирать для собственных нужд через кран внизу бака в любой момент, когда нам это понадобится.

Вся эта элементарная система состоит из нескольких составных:

  1. Дождевая вода
  2. Крыша дома
  3. Бак для воды
  4. Кран на дне бака для подачи воды потребителям

...но какое отношение это всё имеет  к ветрогенераторам??? Объясняю:

Дождевая вода — это энергия

В моём примере роль энергии, которая передается ветром и затем преобразовывается в электрическую энергию, выполняет дождевая вода. Она так же приходит извне и не зависит от потребителя, как и энергия ветра. Она будет существовать всегда и для её появления не нужно расходовать ресурсы. Ветер и дождь — это два возобновляемых природных явления, которые не зависят от человека. Вы не можете прямо повлиять на интенсивность выпадения осадков и скорость ветра, но они зависят от региона и конкретного географического местоположения.

Можно измерить средний уровень выпадения осадков для каждого месяца на 1 квадратный метр. Тогда мы можем произвести расчёт: сколько воды получим с определенной площади.

Выходит так, что скорость ветра и интенсивность солнечного света постоянно меняется, а иногда вообще отсутствует, но можно произвести замер скорости ветра или интенсивность солнечного излучения в месте установки ветряка или солнечной батареи и, исходя из этих данных, приблизительно рассчитать: сколько энергии мы получим ежемесячно с каждой модели ветрогенератора в этом конкретном месте.

Скорость ветра и солнечная радиация — это единственный необходимый параметр, который не зависит от нас, но его необходимо знать, так как от него зависит количество электроэнергии, которое мы сможем получить впоследствии.

Крыша дома — это ветровой электрогенератор

Дождевая вода собирается благодаря крыше дома. Тут мы наблюдаем прямую зависимость между площадью крыши и количеством собранной воды: если увеличить площадь крыши, то количество воды также увеличится.

К примеру, мы потребляем 200 литров воды ежемесячно. Если в этом регионе в среднем выпадает 1 литр осадков в месяц на 1 квадратный метр, то для того, чтобы собрать 200 литров дождевой воды, нам необходима площадь крыши в 200 квадратных метров. Именно такая крыша обеспечит нас каждый месяц необходимым количеством воды.

К сожалению, мы не можем наращивать площадь крыши в любой момент, когда захотим. Площадь крыши необходимо рассчитать заранее, исходя из нашего планируемого ежемесячного потребления воды и количества осадков в этом месте. К тому же делать большую крышу — это удовольствие не из дешёвых.

Если мы изначально сделаем маленькую крышу, то собираемой каждый месяц воды не будет хватать. Конечно же, можно специально для этого достроить рядом ещё одно здание и увеличить таким образом площадь крыши или нарастить площадь уже существующей крыши. Но новая незапланированная стройка может сопровождаться большими непредвиденными расходами.

А если крыша будет изначально больше, чем нам необходимо, то вся дождевая вода не будет реализована. Да и хранить-то её будет негде, а излишки будут попросту выливаться на землю. Ко всему прочему мы изначально затратим гораздо больше денег на строительство такой крыши, чем нам было необходимо, что означает пустую трату денег.

Тут можно провести аналогию между крышей дома и самим генератором: ветрогенератор вырабатывает электрическую энергию из кинетической энергии ветра, которая попадает на его лопасти. Чем мощнее сам ветрогенератор, тем больше электроэнергии он сможет выработать при одинаковой скорости ветра. Нам необходим такой ветряк, который сможет за месяц собрать необходимое нам количество энергии из ветра в месте его установки.

К примеру, если мы потребляем 400 киловатт-часов электроэнергии ежемесячно, а средняя скорость ветра в месте монтажа установки (именно в месте монтажа, а не в регионе!) составляет 6 метров в секунду, то нам подойдёт модель ветрогенератора EuroWind 2, так как она, исходя из её графика производительности, способна вырабатывать 450 кВт*ч электроэнергии в месяц при скорости ветра 6 м/с.

Так же, как и с крышей для сбора дождевой воды, необходимо соблюдать баланс и произвести правильный первоначальный расчет при выборе ветровой электростанции. Если мы установим ветряной генератор меньшей мощности, чем необходимо, вырабатываемой электроэнергии не будет хватать. А если ветряк будет мощнее, чем надо, то излишки электроэнергии будут попросту пропадать, и к тому же мы понесём излишние затраты на совершенно не нужное нам более мощное оборудование.

Именно поэтому ветрогенератор должен подбираться с умом, после предварительного расчета на основе всех технических данных (контроллер, который управляет основными функциями генератора, уже сразу идёт с ним в комплекте).

Бак для воды, как аккумуляторная батарея

Так, ну а далее собранная вода поступает в большую емкость, которую мы используем для хранения дождевой воды. Наличие такого себе бака для воды позволяет нам запасать воду во время дождя и использовать её по мере надобности. Без него воду, поступающую с крыши во время дождя, нужно было бы использовать сразу в момент её стока, что зачастую просто неприемлемо. Только представьте себе: варить суп только во время дождя, или набирать ванную для купания только при хорошем ливне!

Критическую роль играет и объем бака. При малом объеме он может очень быстро заполняться и переливаться затем на землю, расходуя необходимую и драгоценную воду впустую. В этом случае рекомендуется использовать большие по объему баки. Но большой бак стоит дорого и занимает много места, к тому же, большой бак требует большего обслуживания — чистки, покраски, заделыванию дыр и т.п. Часть воды ещё и испаряется из бака со временем.

Аккумуляторные батареи (АКБ или АБ) — это накопительная ёмкость для произведённого ветрогенератором электричества. Электроэнергия направляется в аккумуляторы и находится в батареях до того момента, пока вы не воспользуетесь ею. Задача аккумуляторов состоит в сохранении электроэнергии в промежутке между её производством и потреблением.

Если объем аккумуляторной батареи будет мал, то она будет быстро заполняться, а излишки энергии будут пропадать. Объем аккумуляторной батареи должен быть большим, иначе потерь электроэнергии не избежать. Но большая батарея стоит дороже, занимает больше места и требует большего ухода. А если купить батарею огромного объема, то она никогда не будет заполняться на полную ёмкость, что будет элементарным расточительством средств. Необходимо учесть также и саморазряд батарей в течение очень длительного хранения энергии, что соответствует испарению дождевой воды из бака.

Объем аккумуляторной батареи должен быть таким, чтобы при выработке ветряного электрогенератора или фотомодулей на максимальной мощности или при максимальном потреблении электроэнергии процесс заряда-разряда аккумуляторной батареи составлял не менее 10 часов (это обязательное условие для всех свинцовых, кислотных, AGM, щелочных и гелевых батарей). К примеру, если номинальная мощность нашего ветряка 5 кВт, то объем аккумуляторной батареи должен составлять не менее 50 киловатт-часов.

Кран на баке — это ваш инвертор

Ну вот, набрали мы воды в бак... и что дальше? А дальше открываем краник внизу бака и используем воду для наших нужд: набираем в чайник для чая, набираем в кастрюли для супа, подключаем к душу, набираем ванну и т.п.

Но вот незадача! Диаметр краника настолько мал, что может пропустить через себя только небольшое количество воды за час. Чайник ещё можно набрать минуты за 3-4, кастрюлю минут за 10, но ванну набирать надо полдня, а о принятии душа вообще речь не идёт, так как струя воды очень слабенькая. А уж одновременно выполнять все эти задачи наш краник тем более не может. Что делать?

Можно заменить этот маленький краник на больший. Естественно, что есть какой-то физический предел по диаметрам кранов и не всегда есть настолько большой, который удовлетворит наши потребности. Но тогда можно установить в бак ещё один дополнительный кран и использовать воду сразу из двух источников. К примеру, один источник побольше для ванной, а второй поменьше для кухни.

Вывод: кран должен быть установлен такой, чтобы мог обеспечить водой всех потенциальных потребителей одновременно. Естественно, что если в доме две кухни, то одновременно они не будут использовать воду или вероятность этого очень мала. Но ко всему этому надо учитывать и то, что все краны слегка разбрызгивают воду при использовании (давайте условимся, что около 5-10% воды при использовании крана разбрызгивается попусту). И чем больше диаметр нашего крана, тем больший объем воды он разбрызгивает при использовании.

Перенесём этот пример на нашу ветроэлектростанцию или фотоэлектрические модули. Инвертор, преобразовывающий постоянный ток из аккумуляторных батарей в переменный ток, необходимый для домашней сети, выполняет функции такого краника в баке. Именно к нему уже подключаются потребители и электроприборы. Мощность инвертора (он же частотный преобразователь) ограничивает максимальную мощность всех электроприборов, которые могут работать от вашей системы одновременно. То есть, если ваш инвертор ограничен по мощности 3 киловаттами, то вы никак не сможете одновременно использовать оборудование на 5 киловатт, то есть вы не сможете подключить одновременно электрочайник (2 кВт), электробойлер (3 кВт) и две-три лампочки (по 100 Ватт каждая). Тут у вас есть выход: использовать эти приборы поочерёдно или наращивать количество/мощность инверторов. Можно установить более мощный инвертор на 6 или 7 кВт, но если такого инвертора не существует, то можно добавить к системе ещё один инвертор 3 кВт и разделить между ними электроприборы: первый инвертор будет для чайника и лампочек, а второй — для электробойлера.

Но не забываем, что все инверторы потребляют сами на себя на свои нужды 5-10% электроэнергии! Это означает, что при получении на выходе 5 киловатт-часов, инвертор потребит из аккумуляторной батареи 5,2-5,5 киловатт-часа.Тут вывод аналогичен: необходим инвертор или группа инверторов, которые по мощности смогут обеспечить одновременное подключение всех потенциальных потребителей.

Подведём итог

В энергосистеме мы имеем:

  1. Сила ветра или интенсивность солнечного излучения (энергетический потенциал)
  2. Мощность ветрогенератора (вырабатывает электроэнергию)
  3. Емкость аккумуляторной батареи (накапливают электроэнергию)
  4. Мощность инвертора (выдают электроэнергию потребителю)

Каждый компонент энергетической системы работает независимо от других, но определяет тот или иной важный параметр. Каждый параметр критичен и от него зависит общая работоспособность системы возобновляемой энергетики (ветрового генератора или солнечных фотомодулей).

Для того чтобы система ветрогенератора функционировала правильно, необходимо четко сформулировать задачи, которые надо достичь и предоставить исходные данные для расчета. В таком случае успех гарантирован.

Остальные методы работы я опишу в следующий раз.

А сейчас буду рад ответить на ваши вопросы по этой теме, а также узнать какие темы вас  интересуют ещё?

blog.ae.net.ua

Ветряк своими руками. Расчет мощности, схемы и конструкция

В настоящее время на фоне высокого внимания к проблематике энергосбережения и ограниченности ресурсной базы инновационное ветрогенераторное оборудование получило широкую популярность и распространение.

Виды ветрогенераторов

Такое оборудование обладает широкими вариантами конструкции. В основном он подразделяется на разнообразные типы в зависимости:

  • От числа лопастей (модели от одной до пятидесяти и более),
  • Стройматериалов изготовления (жесткие лопасти и парусные варианты),
  • Размещения вращательной оси (горизонтальные и вертикальные модели),
  • Шага винта (с меняющимся и фиксированным шагом).

Расчет мощности ветряка

Мощность устройства имеет относительное значение. Она будет непостоянной, и находиться под воздействием скорости ветра. При ветреной погоде – производительность ветрогенератора будет выше, а при штиле маленькой. Для множества конструкций универсальной мощностью считается скорость от 8 м/с, что соответствует значительным порывам ветра. Это значит, что оборудование с нагрузкой 1 кВт будет производить такой же объем электроэнергии при скорости ветра в 8 м/с. Также мощность находится в прямой зависимости от размера ветряного колеса и высоты мачты.

Конструкция ветряка

Конструктивные особенности ветрогенератора включают несколько элементов, основные из которых само оборудование и мачта. Механизм включает в себя несколько составных компонентов:

  • колесо с лопастями, вращаемые ветром и передающие крутящий момент на вал генерирующего устройства через специальный преобразователь,
  • инвертирующий элемент – осуществляет функцию трансформации полученного постоянного тока в переменный,
  • аккумулирующий механизм, который необходим для подачи в электросеть напряжения при отсутствии ветряной погоды,
  • поворотный вал и токоприемник, установленный на раме.

Схемы

Схемы ветрогенератора необходимы для того, чтобы разработчики и простые люди могли понять главный принцип работы устройства и конструктивные особенности разнообразных моделей.

Делаем ветряк своими руками

1. Лопасти для ветряка

Ветряное колесо представляет собой самый значимый элемент конструкции устройства. Он осуществляет преобразование силы ветра в механическую энергию. Таким образом, от его строения зависит подбор всех остальных элементов.

Наиболее распространенных и эффективные типы лопастей  - парусное и крыльчатое. Для изготовления первого варианта необходимо зафиксировать на оси лист материала, разместив под углом к ветряному потоку. Однако при вращательных движениях такая лопасть будет обладать значительным аэродинамическим противодействием. К тому же оно будет увеличиваться с возрастанием атакующего угла, что снижает эффективность их функционирования.

С более высокой продуктивностью работает второй тип лопастей – крыльчатые. По своим очертаниям они походят на крыло самолета, а издержки силы трения сведены к минимальным значениям. Такой тип ветряного движка обладает высоким коэффициентом использования энергии ветра при низких затратах материалов.

Лопасти можно изготовить из пластмассы или пластиковой трубы, поскольку она будет более продуктивна по сравнению с древесиной. Наиболее эффективной является структура ветряного колеса с диаметром в два метра и шестью лопастями.

2. Генератор для ветряка

Наиболее приемлемым вариантом для ветрогенерирующего оборудования является преобразующий асинхронный генерирующий механизм с переменным током. Его основными преимуществами являются невысокая стоимость, легкость приобретения и широта распространения моделей, возможность переоборудования и замечательное функционирование на низких оборотах.

Он может быть трансформирован в генератор с постоянными магнитами. Исследования показали, что такое устройство может эксплуатироваться на маленьких скоростях, но при этом быстро теряет эффективность на ее высоких значениях.

3. Крепление для ветряка

Для фиксации лопастей к обшивке генератора необходимо применить головку ветродвигателя, представляющую собой стальной диск с толщиной до 10 мм. К нему привариваются шесть металлических полосок с отверстиями для закрепления к ним лопастей. Сам диск прикрепляется к генерирующему механизму с использованием болтиков с контргайками.

Так как генерирующее устройство способно выдерживать максимальные нагрузки, в том числе и от гироскопических сил, его нужно крепко закрепить. На устройстве генератор устанавливается с одной стороны, для этого вал нужно соединить с корпусом, который выглядит как стальной элемент с резьбовыми отверстиями для накручивания на ось генератора такого же диаметра.

Для производства опорной рамы ветрогенерирующего оборудования, на которой будут размещаться все остальные элементы, необходимо применить металлическую пластину с толщиной до 10 мм или кусок балки таких же размеров.

4. Поворотный узел ветрогенератора

Поворотный механизм обеспечивает вращательные движения ветряка вокруг вертикальной оси. Таким образом, он дает возможность поворачиваться устройству по направлению ветра. Для его изготовления лучше воспользоваться роликоподшипниками, которые более эффективно воспринимают осевые нагрузки.

5. Приемник тока

Токоприемник функционирует для обеспечения снижения вероятности перекручивания и обрыва проводов, идущих от генератора на ветряке. Он содержит в своей конструкции втулку, произведенную из изоляционной материи, контактов и щеточек. Для создания защищенности от погодных явлений контактные узлы приемника тока должны быть закрытыми.

Установка генератора

Производить монтаж оборудования необходимо на некотором удалении от построек и жилых домов, а также на свободном пространстве. Важно принять во внимание плотность земляного грунта, поскольку она крайне значима для подбора стройматериала и размера клинков для растяжек мачты. Если почва мягкая, то клин должен быть длиннее и крепче, с повышением твердости грунта – твердость материала его изготовления так же должна повышаться.

Крепления растяжек необходимо фиксировать бетонным раствором, поскольку плотность почвы может с течением времени или после дождя поменяться. В настоящее время для типовых устройств используется четырех точечная система крепления на растяжках. Мачту нужно зафиксировать на центральной основе из бетона, с использованием плиты стали и кронштейна.

Для защиты механизма от сильных погодных явлений используется крайне обычная, но результативная конструкция – боковая лопата. Она совместно с ветряным колесом берет на себя весь напор ветра, и компенсируется пружинной спиралью.

Уход за оборудованием

Для полноценного функционирования оборудования необходимо осуществлять правильное и эффективное обслуживание:

  • Спустя полмесяца после монтажа опустить устройство при небольшом ветре и осуществить проверку креплений,
  • Ежегодно проводить смазку подшипников поворотного узла и генераторного оборудования,
  • При возникновении симптомов разбалансирования ветряного колеса его необходимо спустить и устранить все дефекты,
  • Ежегодно осуществлять проверку щетки теплоприемника,
  • Проводить окраску всех металлических элементов ветрогенератора каждые два года.

Срок окупаемости

Ветряные установки окупаются в среднесрочной перспективе. Наибольшую выгоду от них можно получить в сахалинском и камчатском регионе, где они окупится уже через 8 лет. В других же регионах Дальнего Востока этот срок будет равен 10-12 годам. Такой тип получения электроэнергии будет рентабелен при соблюдении следующих условий: наличия постоянных ветров, соответствие производительности требованиям собственника и рациональной эксплуатации.

sdelay.tv