Ветряк

Ветряк своими руками за 150$

Недавно у меня возникла идея вырабатывать свою электроэнергию для дома. Это не было большой необходимостью, но мой интерес возрос к данной теме когда я прочитал статью про сборку ветряка с мотором от беговой дорожки и ПХВ-труб. Предварительно прикинув по расходам – получалось около 150-200$ на ветряк, который мог бы вырабатывать приблизительно 50-250 Ватт электроэнергии (это выходит значительно дешевле, чем использовать солнечные батареи при той же выходной мощности). И в этой статье я поделюсь с вами моим опытом изготовления ветряка своими руками.

Видео

Перед тем как рассказать об изготовлении, посмотрите видео моего ветряка в действии. На видео показаны различные конфигурации лопастей.

Конфигурация с длинными и тонкими лопастями (наилучшее решение)

Шестилопастная конфигурация (маленькая скорость при старте и большой вращающий момент)

Конфигурация с широкими лопастями (хороший старт, но очень медленно крутится)

Как работает ветряк?

Любой ветряк, независимо от его размеров и предназначения, работает согласно следующим принципам:

1. Дует постоянный ветер.
2. Флюгер (хвост ветряка) поворачивается по ветру.
3. Лопасти, соединенные с генератором (напрямую или через редуктор) под силой ветра заставляют его вращаться.
4. Из-за вращения, генератор вырабатывает электричество.

Звучит не так уж и сложно, не правда ли? Итак перейдем к конкретике.

Инструмент

Для изготовления ветряка не нужен какой-либо специализированный инструмент. Я использовал следующие инструменты:
- ножовка
- дрель и сверла для нее
- рулетку
- разводной ключ
- газовый ключ
- транспортир
- наждачку (разной зернистости)

Необходимые детали

Моей задачей было сделать ветряк с минимально возможными затратами (т.к. я студент и ограничен в финансах). Итак, я взял готовое решение изготовления простого ветряка с интернета и еще больше упростил его. Все необходимые запчасти можно купить на любом строительном рынке или в магазине. Многие, возможно окажутся в вашем гараже или сарае.

Итак, вот что я использовал:
- лист металла 25х35см
- 1/4" х 25 см трубку
- 1/4" фланец
- 20-25мм квадратную трубу L=1м
- диск от пилы (для хаба)
- штифт (для соединения диска с осью мотора)
- два автомобильных хомута
- 8" x 4" ПХВ труба
- 30" x 8" ПХВ труба
- DC-мотор (генератор)
- болты, шайбы, гайки
- саморезы по металлу
- диоды на ток 10-40А (можно и больше)

Достать эти запчасти нет никаких проблем, кроме моторчика. Из интернета, наиболее популярным является вариант использования мотора фирмы «Ametek» от старых магнитофонов. При подборе генератора (мотора) выбирайте те, у которых наибольшее кол-во вольт на оборот. К примеру, моторчик «Ametek», который я использую выдает 30В при 325 об/мин, т.о. он прекрасно подходит для использования его в качестве генератора в ветряке. Также имейте в виду, что нужен моторчик не менее 12В, для инвертора или зарядки аккумулятора. В моей конструкции, при хорошем ветре, обороты легко достигают значений в 300-400 об/мин.

Изготовление лопастей

Самой важной частью ветряка вероятно являются лопасти. Большинство, делают их из дерева или композитных материалов (стеклоткань и эпоксидка). Но я думаю, что реально их сделать из обычной водопроводной ПХВ-трубы (по эффективности они будут ничем не хуже). Перед тем как продолжить, немного теории о лопастях ветряка…
- чем длиннее лопасти, тем легче они крутятся в слабый ветер, но у них будет низкая скорость вращения.
- на концах лопастей вращение будет больше чем у основания, поэтому необходимо рассчитывать отношение скорости вращения лопастей к скорости ветра (TSR) при их изготовлении (например старые ветряные мельницы круглый год вращаются с постоянной скоростью 40 об/мин.)
- мощность, которую можно получить из энергии ветра, равна скорости ветра в третьей степени. Т.е. P=k*v^3, где k-постоянная ветряка, v-скорость ветра.
- согласно закону Беца, только ~59.3% энергии можно получить от ветра. Т.е. в реальности наша формула примет вид: . P=0.593*k*v^3, где k – потери в ветрогенераторе на механические трения и т.п.
- чем выше ветряк установлен над уровнем земли, тем большее мощности можно извлечь из энергии ветра (рекомендуют 6-15 метров, но я установил на высоте 4 метра).

Сами лопасти изготовить из трубы очень легко. Нужно разрезать ПХВ-трубу на 3 секции: две по 150 град. и одна секция 60 град. (Я попытался изобразить это на рисунке очень приблизительно, в моей любимой CAD-программе –MS Paint :) ). Красные линии – это лини реза. Чтобы удобнее было видеть линию реза по всей длине, рекомендую наклеить изоленту, скотч или просто бумагу. Из отрезка трубы 150 град. получатся широкие лопасти, которые будут легко крутиться в слабый ветер, но медленно. Опытным путем вы сами можете подобрать оптимальный угол, исходя из практики, он находится где то между 75-150 град. Для начала вырежьте широкие лопасти, а потом если нужно будет, то подрежьте их сделав более узкими. И запомните: «Семь раз отмерь – один раз отрежь».

После того, как все вырезано, я скруглил края. Если следовать аэродинамике, то нужно скруглить главную кромку и выровнять заднюю, но на практике, при использовании ПХВ-трубы я не увидел никакой разницы. В общем, вы можете сделать лопасти как эти (см. рис.)…

Изготовление узла крепления лопастей (Хаба)

Следующей задачей является изготовления узла крепления лопастей (ступица винта, хаб). Существует много различных способов изготовления. Я рекомендую сделать его из диска для пилы, его легко можно найти и он легко поддается сверлению. При помощи дрели просверлите 3 группы отверстий (по 2 в кадой) со смещением в 120 градусов (здесь вам может понадобиться транспортир). Расстояние в группе между двумя отверстиями – 1 дюйм (см. рис.).

Если в качестве хаба вы тоже планируете использовать диск от пилы, то не забудьте сточить все зубья на нем, иначе если он по какой-либо причине оторвется, то может нанести вред вам и окружающим.

После того, как все просверлено и мы уверены в надежности и безопасности хаба, то можете прикрутить лопасти к нему при помощи болтов и гаек. Обязательно поставьте гроверную шайбу или используйте гайку с уплотнителем.

Изготовление флюгера и шарнира для поворота

Теперь мы должны изготовить поворотную платформу, на которой будет установлен наш генератор. Для этого используем квадратную трубу, кусок ПХВ-трубы, фланец и небольшой лист металла. На рисунке ниже, можно посмотреть примерный набросок, как это будет выглядеть.

В первую очередь из куска железа необходимо вырезать хвост ветряка (флюгер). Форма не сильно важна и служит в основном для придания эстетического вида.

Далее, вдоль квадратной трубы мы делаем пропил (легче это сделать болгаркой). Длина не сильно важна, я рекомендую 20-25 см. Затем вставляем в прорезь наш флюгер и сверлим сквозные отверстия в трубе и листе. Закрепляем болтами.

Также необходимо предусмотреть какой-нибудь чехол для генератора, от непогоды. Для этого мы также используем пластиковую трубу. На рисунке ниже я думаю понятно как это будет выглядеть (боковое отверстие служит для электрических выводов).

Затем все красим и собираем до кучи. Прикрепляем мотор и чехол для него, к трубе хомутами. Снизу трубы, ближе к мотору, устанавливаем фланец и крепим его саморезами.

Изготовление мачты

Любому ветряку необходима мачта (башня). Я изготовил ее из ПХВ-труб и различной фурнитуры для пластиковых труб. Для моей мачты понадобились: 1” ПХВ-труба, муфта для нее, 3 Т-образных отвода.

Мачта проста в изготовлении и получилось что-то похожее на это:

Далее, сажаем всю нашу конструкцию на получившуюся мачту.

Ветряк готов

Осталось только посадить наш хаб с лопастями на вал мотора и наш самодельный ветряк готов!

На рисунке ниже вы можете увидеть экспериментальную конструкцию с шестью лопастями. Она вращается практически в безветрие, но обороты не превышают 100 об/мин.

В батарейном отсеке, питание подается параллельно с солнечными батареями. Я использую 2 аккумулятора. Можно использовать обычные автомобильные аккумуляторы. Не забывайте припаять диоды между аккумуляторами и генератором ветряка, иначе ток от аккумуляторов пойдет в генератор.

В ходе экспериментов выяснилось, что более тонкие лопасти лучше работают при моих ветровых условиях. Поэтому я использовал большие белые лопасти (см. предыдущие фотографии) немного обрезав их. Результат — возросла скорость вращения (см. самое первое видео).

Перевод: Колтыков А.В.

http://cxem.net/greentech/greentech4.php

Ветрогенератор 200 Ватт своими руками

Сегодня альтернативная энергетика развивается быстрыми темпами. На рынке уже есть солнечные модули на любой вкус, но как правило они стоят очень дорого. Недавно мне попалась солнечная батарея на 12 вольт 0.5 киловатт, и совсем недурная цена .... 1000$. За пол киловатта заплатить 1000 долларов стоит или нет? Думаю стоит, но за 1000 долларов можно несколько лет за электроэнергию платить, одним словом пока что не выгодно. Ветростанция - более разумное капиталовложение для получения электрической энергии.

И вот в связи с этим, у меня в голове возникла идея соорудить ветрогенератор малой мощности своими руками. Изначально, я хотел сделать ветростанцию на мощность в пол киловатта, но с отсутствием ресурсов было решено сделать ветрогенератор на 200 Ватт.

Поскольку у меня для ветряка было выделено мало финансовых ресурсов, то нужно было все делать самому. Готовые генераторы стоили немало денег, да и преобразователь еще и аккумуляторы... С генератором мне повезло, на рынке, где продают старый хлам мне удалось за 20 долларов раздобыть двигатель постоянного тока на 24 вольт! И к моему счастью вал двигателя (ротор) вращался очень легко, мощность двигателя была 300 Ватт по паспортным данным. Самое главное-  двигатель не нужно будет переделывать, готовый генератор уже есть!

Задача номер два - найти редуктор. Все мы знаем, для того, чтобы генератор вырабатывал большой ток, нужно, чтобы ротор вращался со скоростью не менее 1000 об/мин, для этого нам нужен редуктор. По предварительным расчетам, пропеллер вращается со скоростью 60 об/мин, и за счет потери мощности нужно будет повышать число оборотов. Редуктор был снят с электродвигателя с редуктором, такие движки попадаются очень часто, мне друг подарил, двигатели такого типа делаются на небольшие мощности. Ниже смотрите число оборотов (на выходе редуктора) для каждой марки подобного двигателя:
РД-09 1,75 об/мин.
РД-09 2,5 об/мин.
РД-09 4,4 об/мин.
РД-09 8,7 об/мин.
РД-09 15,5 об/мин.
РД-09 30 об/мин.
РД-09 76 об/мин.
РД-09 185 об/мин.
СД-54 2,24 об/мин.
СД-54 3,14 об/мин.
СД-54 5,59 об/мин.
СД-54 10,94 об/мин.
СД-54 19,59 об/мин.
СД-54 24 об/мин.
СД-54 38,4 об/мин.
СД-54 60 об/мин.
СД-54 96 об/мин.
Д-32 24 об/мин.
ДСМ-2-П-220
ДСМ-0,2-П-220
ДСМ-1/300-П-220
ДСОР-32-15-2

Двигатель РД-09, передаточное отношение 1/75 то, что надо! Двигатель сразу же был разобран. Электрическая часть нам не нужна, берем только редуктор. Т.о.  у нас есть генератор с редуктором. Пока на этом остановимся и начнем делать электрическую часть ветроэлектростанции.

Генератор нам дает напряжение 24 вольта при оборотах не менее 2000 в минуту (для проверки, ротор генератора был подключен к ротору электромотора от пылесоса, мотор для экспериментов нужно дополнить регулятором оборотов). Нам нужно выжать от двигателя минимум 13 - 14 вольт для зарядки аккумулятора, у нас ветры постоянные и достаточно сильные, так что проблема сама собой была решена!

Преобразователь - достаточно сложная часть конструкции, он нам нужен для повышения напряжения аккумулятора до переменного 220 вольт (сетевое напряжение) с частотой 50 - 60 герц. В интернете сегодня можно найти море схем таких преобразователей на любой вкус. Сначала решил не мучатся и купить готовый, но цены не маленькие, непонятный преобразователь от непонятного производителя с мощностью 300 Ватт стоит порядка 40 $. И было решено еще один день посвятить сборке преобразователя. Максимальная мощность устройства не велика - всего 200 ватт, но для малой самодельной станции вполне достаточно, от него можно питать несколько ламп дневного света, телевизор, зарядить мобильный телефон, ноутбук и так далее.

Схема была подобрана после долгих поисков. Данная схема развивает до 400 Ватт, сначала не верилось, но затем убедился в этом на собственном опыте. Схема высокого качества, транзисторы остаются холодными и даже при максимальной нагрузке на трансформатор, температура теплоотводов поднимается на 5 - 10 градусов.

Были использованы доступные детали и в целом для преобразователя было потрачено 10 долларов. Транзисторы - 3 доллара каждая ( 2 штуки ), микросхема - 1,5 доллар ( 1 штука ), резисторы конденсаторы - 3 доллара. Трансформатор намотан на Ш-образном сердечке из компьютерного блока питания. С него сначала нужно снять все обмотки и мотать новые. Первичная обмотка намотана 6-ю жилами провода с диаметром 0.5 мм (каждая жила), и содержит 12 витков с отводом от середины. Обмотку удобно мотать жгутом. Поверх первичной обмотки ставим изоляцию из конденсаторной бумаги и мотаем вторичную обмотку, ее мотаем в том же направлении, что и первичную. Вторичная обмотка содержит 140 витков провода с диаметром 0.7мм.
Полевые транзисторы типа IRL2505. Задающий генератор выполнен на микросхеме КР1211ЕУ1, частота преобразователя регулируется при помощи резистора R4 (переменный резистор на 1 мегаом ).

Теперь о механической части ветрогенератора. Лопасти (далее ротор) я изготовил из лыж, другого материала на тот момент под рукой не было. Ротор выполнен в виде звездочки. Длина каждой лыжи 1.5 метра, но его пришлось укоротить на 10 см. Итак, имеет 3 доски, параметры такие: длина 1400мм, ширина - 100мм, толщина - 10мм. Редуктор укреплен на роторе при помощи холодной сварки. Доски ротора укреплены на оси при помощи той же холодной сварки, но для страховки сначала на нижней стороне каждой доски делаем два отверстия и прикрепляем доску к валу при помощи шурупов, а затем сверху еще оформить холодной сваркой.

Осью ротора служит кусок пластиковой трубы диаметром в пол дюйма, в которую входит вал редуктора и фиксируется шурупами, которые сжимают вал ротора с обеих сторон. Вал последней передачи редуктора подключен к генератору. Число передач нужно подобрать 1 : 60, при средней скорости ветра ротор вращается со скоростью 60 об/мин, обеспечивая в среднем  1000 об/мин для генератора. Такие расчетные параметры предусмотрены для среднего ветра 5 - 8 м/сек, хотя ротор вращается даже во время ветра со скоростью 2 м/сек.

Ветряк получился довольно таки устойчивым, и даже при сильных ветрах не нарушается его работа. Постоянный ток от генератора заряжает аккумуляторную батарею от автомобиля, его параметры 12 Вольт 60 Ампер. Генератор заряжает аккумулятор за 4 часа, при среднем ветре. Ветрогенератор - отличный вариант для сельских жителей, он полностью способен обеспечивать энергетические потребности небольшой семьи, конечно включать обогреватель не стоит, но лампы накаливания, пару телевизоров, DVD- проигрыватель установка питать сможет, можно подключать и компьютер не смотря на то, что максимальная мощность генератора 200 Ватт, аккумулятор достаточно мощный и может питать компьютер в течении 1.5 - 2 часа.

Давайте посчитаем денежные затраты на ветряк - генератор 20$, редуктор (мне достался даром) в среднем за 10$, преобразователь 10$, шурупы, гайки, втулки и все остальное не более 10$, аккумулятор (я использовал старый аккумулятор от автомобиля) можно купить новый за 50$, на ротор тратить денег не стоит, пара лыж у каждого окажется. Итого получается: без аккумулятора - не более 60$, с аккумулятором не более 110$, стоит ли собирать? Конечно стоит!  Ведь собрать ветрогенератор своими руками это уже большое достижение в жизни!

Итог работы - ветряк был установлен на крыше, высота от земли 5 - 7 метров, работает прекрасно уже год, для этой статьи пришлось его разобрать, думаю человек с крепкими нервами при наличии всех деталей и материалов соберет данную ветростанцию за 5 дней (я собрал за неделю, но 2 дня только проектировал, тут я представил полный проект станции, так, что вам не придется делать расчеты). Для защиты от влаги и увеличения прочности, на лопасти ротора был нанесен слой  эпоксидной смолы. Генератор с редуктором находятся в пластмассовом корпусе.

http://cxem.net/greentech/greentech20.php