Ветряной генератор: разновидности устройств, критерии выбора

Вопрос с обеспечением электрической энергией объектов сегодня становится все более актуальным, цены на такой энергоноситель постоянно растут. Пока самым удачным вариантом считается ветряной генератор, использующий силу ветровых нагрузок для вырабатывания электрического тока. Такие устройства в зависимости от собственной мощности способны обеспечивать электричеством не только частные дома, но и предприятия.

Особенности конструкции и принцип работы

Основными элементами любого генератора являются:

  • башня – в высоту может достигать несколько десятков метров, считается основным опорным элементом. Для изготовления могут применяться различные материалы, не исключая железобетон, который последовательно заливается в кольца опалубочной конструкции. Башня должна отличаться прочностью, достаточной для удержания турбины и гондолы, противостоять нагрузкам, возникающим во время работы генераторного устройства, препятствуя его опрокидыванию;
  • лопасти и ротор – для изготовления лопастей используют особое композитное волокно на стальной основе. Собирают их из отдельных элементов либо изготавливают в монолитном варианте, учитывая размах. Крепление лопастей выполняется болтами или через хаб на генераторный ротор;
  • асинхронный двигатель – с его помощью осуществляется вращение турбины вокруг башенной оси. Их может быть от одного до трех – количество зависит от размера установки и ее мощности;
  • электрогенератор – раньше применяли синхронные модели, сегодня стали использовать кольцевые генераторы;
  • инвертор – постоянное напряжение передается на этот элемент, который установлен у основания. Здесь энергия преобразуется в переменный электрический ток, трансформируется и подается на линию.
Ветряной генератор
Как выглядит ветряной генератор

Если рассматривать упрощенный вариант работы установки, то все происходит следующим образом. Ветер двигает лопасти, которые обеспечивают вращение ротора. Механическая энергия преобразуется в ток. От силы воздушных поток зависит скорость вращения лопастей и количество вырабатываемого электричества.

Классификация видов и их характеристика

На сегодняшний день различают два основных вида ветрогенераторных установок.

С горизонтальным расположением ротора

Ось вращения установлена горизонтально, располагается параллельно либо перпендикулярно направлениям ветровых потоков.

Такие конструкции серийными партиями не изготавливаются, потому что считаются малоэффективными. Кроме этого, их приходится дополнительно оснащать специальными системами, отвечающими за правильность ориентации.

Преимущество таких моделей перед вертикальным типом состоит в том, что они обладают большей быстроходностью и вырабатываемой мощностью.

С вертикальным ротором

Ось вращения смонтирована вертикально, располагается перпендикулярно потокам ветра.

Такие устройства способны работать при ветре, дующем в любом направлении, специальная установка, определяющая направление потока, не требуется.

Устройства могут устанавливаться на уровне земли, отличаются пониженными гигроскопическими нагрузками на лопасти и систему передачи энергии.

Если установлено несколько таких ветровых генераторов, то рабочий эффект их увеличивается – потоки ветра от одной установки создают дополнительный напор ветра на остальные.

Критерии выбора

Сегодня многие потребители стараются получить независимый источник электрической энергии и использовать экологически безопасные технологии в повседневной деятельности. Одним из вариантов для этого считается применение ветрового генератора, разнообразие которых предоставляет возможность выбора именно той установки, которая полностью ответит критериям. Единственное условие, которое может повлиять на возможность применения ветрового генератора – отсутствие ветров в месте его предполагаемой установки.

Ветряной генератор
При выборе ветряного генератора нужно учитывать мощность электрической энергии, стоимость оборудования

При выборе ветряного электрогенератора пользуются следующими критериями:

  • мощностью электрической энергии;
  • ежемесячной потребностью в электричестве;
  • минимальной скоростью движения ветровых потоков;
  • эксплуатационными условиями – температурным режимом, влажностью, расположением над уровнем моря и т. д.;
  • защитной системой от перегрузок;
  • продолжительностью эксплуатационного периода;
  • стоимостью оборудования.

Нюансы расчета ветрогенератора

Выполнить точные расчеты, учитывающие все факторы, воздействующие на ветровой генератор, довольно сложно. Если человек теоретически слабо подготовлен к таким действиям, ему будет затруднительно определить все данные, для получения которых потребуются специальные измерения и расчеты.

По этой причине многие пользуются упрощенным вариантом, выдающим довольно близкие к реальности результаты. При этом большого количества исходных данных не требуется.

Для расчета ветряного генератора для дома выполняют определенные действия:

  • определяются в потребности с электричеством, для чего подсчитывается общая мощность всех потребителей;
  • полученные данные увеличивают на пятнадцать – двадцать процентов, чтобы создать определенный запас;
  • узнав требуемую мощность, можно определить требуемый тип генератора;
  • рассчитываются параметры ветрового колеса.

Изготовление своими руками

Так как устройства в готовом виде стоят достаточно дорого, а идея получать бесплатное электричество весьма привлекательна, многие стараются изготовить ветряные генераторы своими руками. Для этого потребуются минимальные познания в электротехнике и навыки исполнения определенных работ.

Инструменты и материалы

Для изготовления ветрогенератора потребуются детали для конструкции, расходные материалы и инструменты. Для начала необходимо найти наиболее подходящие составные части ветряка, которые, как правило, лежат в старых запасах:

  • автомобильный генератор с мощностью около 12 V;
  • аккумуляторные батареи на 12 V;
  • полугерметичный переключатель кнопочного типа;
  • инвентор;
  • автомобильное реле, через которое осуществляется зарядка АКБ.

В качестве расходников понадобятся:

  • болты и гайки для выполнения креплений, изолента;
  • емкость из стального или алюминиевого материала;
  • два метра провода сечением 4 мм, и один метр – 2.5 мм;
  • тренога, мачта и иные подобные элементы, придающие устойчивость;
  • прочная веревка.
Ветряной генератор
Ветряной генератор своими руками

Из инструментов потребуются:

  • болгарка;
  • рулетка;
  • пассатижи;
  • набор сверел;
  • дрель электрическая;
  • острый нож;
  • ключи гаечные и набор отверток.

Чертежи

Сборка подразумевает последовательное подключение, гарантирующее правильность монтажа и работоспособность установки. Если представить себе устройство схематично, то основными узлами его будут считаться:

  • генератор;
  • лопасти;
  • хвостовик конструкции;
  • мачта;
  • мультипликатор и контроллеры.

Если сложно представить себе принципиальную схему, рекомендуем отыскать готовые чертежи в интернете, распечатать их, изучить и выбрать наиболее удобный вариант.

Изготовление лопастей

Решившись на изготовление ветрового генератора, необходимо продумать, из какого материала будут сделаны лопасти. Для этого можно воспользоваться древесиной, полипропиленом, металлом.

Первый вариант позволит подготовить облегченный тип конструкции. Но в эксплуатационный период древесина может покрыться трещинами и быстро выйти из строя. Полимерные лопасти будут достаточно стойкими, стоимость исходного сырья достаточно приемлема. Этот материал для лопастей представляет собой удачное решение для маломощных моделей.

Стальной материал не имеет конкурентов по надежности и эксплуатационному сроку. Из такого сырья изготавливают лопасти любых размеров. Рекомендуется использовать оцинкованные или дюральалюминиевые сплавы.

Флюгерная основа

Теперь рассмотрим, как сделать флюгер для ветряного генератора. В первую очередь необходимо решить два вопроса:

  • определиться с дизайном;
  • подобрать подходящий материал.

Чтобы принять решение по дизайну, лучше всего изучить готовые варианты, фотографии которых можно легко отыскать в интернете. Каждая из них может помочь наглядно представить тот или иной флюгер, подсказать возможности его самостоятельного изготовления.

Из всех материалов лидирующие позиции занимает металл, отличающийся прочностью и долговечностью, устойчивостью к воздействию внешних факторов. Кроме этого, данный материал подразумевает разные варианты обработки – резьбовую сборку, ковку, сварку. Основной недостаток – образование на поверхности стали коррозии.

Конструкции из древесины считаются более доступными, так как для их изготовления необходимы самые обычные инструменты. Кроме этого, дерево легко обрабатывается, отличается высокой степенью ремонтопригодности. Только устойчивость данного материала к воздействиям физического и механического характера значительно ниже, эксплуатационный период продолжительностью не отличается.

Основным элементом флюгера считается рабочая крыльчатка, смонтированная на траверсе с хвостовиком, размещенном на противоположном конце. Центр тяжести считается точкой установки вращающегося механизма, позволяющего флюгеру свободно оборачиваться вокруг оси, чтобы без проблем устанавливаться на направление ветра.

Наличие шарнира в точке равновесия считается важным условием, потому что именно он обеспечивает беспрепятственное вращение вокруг вертикальной оси.

Основание и шарнирная мачта

Оба элемента должны отличаться прочностью, потому что предназначены для удерживания веса все конструкции ветрового генератора. Средняя высота мачты, как правило, достигает семи – двенадцати метров, крепление выполняется системой тросовых растяжек. Мачта должна отличаться достаточной прочностью и толщиной, чтобы полностью исключить деформирование от общей массы закрепленного на ней оборудования.

Основание под установку мачты выбирается заблаговременно. Если есть необходимость – выполняются подготовительные работы по его упрочнению.

Нюансы подключения и меры безопасности при установке

Установка способна работать автономно, но лучше подключать ее комбинированным вариантом, предусматривающим сочетание ветрогенератора с солнечными батареями, централизованным электропитанием, дизельными или газовыми установками.

В случае автономной работы монтируется одна установка, улавливающая и накапливающая ветровую энергию, в дальнейшем преобразующуюся в ток.

При совмещении с солнечными батареями отсутствие ветра не окажет влияния на работоспособность установки, так как аккумуляторы будут заряжаться от солнечной энергии.

Если выполнено комбинированное подключение, то работу ветровой турбины можно будет совместить с электрическими коммуникациями. Избыток энергии будет уходить в сеть, а в случае ее недостатка можно будет пользоваться током из общей системы.

Монтируя и обслуживая ветрогенератор, необходимо соблюдать следующие требования безопасности:

  • мачта должна иметь заземление;
  • запуск с помощью генератора производить запрещается;
  • установку эксплуатировать не рекомендуется, если скорость ветра превышает пять метров в секунду;
  • роторный подшипник через каждые 400 часов работы рекомендуется смазывать. После 1 200 часов наработки он промывается керосином и смазывается вновь;
  • контактные группы генератора периодически осматриваются и подтягиваются. Если начинает искрить коллектор, его шлифуют наждачной бумагой;
  • расстояние места установки АКБ от мачты не должно превышать 25 метров. Батареи размещают в контейнерах или помещениях с температурным режимом не ниже пяти градусов тепла. В помещениях должна быть предусмотрена вентиляция для вывода взрывоопасных газов;
  • предусматривается установка щита с переключателями, с помощью которых разъединяются устройства.
Ветряной генератор
Мачта ветряного генератора должна иметь заземление

Домашний ветрогенератор и схема контроллера

Контроллер, отвечающий за обслуживание АКБ, предназначен для управления зарядным процессом. Данная функция делится на несколько подфункций:

К примеру, один функционал следит за токами заряда и саморазряда. Второй реализует действия, измеряющие давление и температурный режим. С помощью третьего компенсируется разница энергетических потоков, когда одновременно с потреблением энергии осуществляется зарядка батарей.

Полным функционалом обладают промышленные приборы, а вот домашние самодельные контроллеры от совершенства далеки. Но и они нормально работают, защищая установку от перенапряжения и глубокой разрядки.

Контроллер представляет собой отдельный электронный модуль, способный быстро отключаться и сниматься.

ПОДЕЛИТЬСЯ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here