Без электричества комфортная жизнь невозможна даже в самом удобном и большом загородном доме. Первое, что делают хозяева вновь построенных коттеджей, — это подключают их к ЛЭП. А что же делать в том случае, если здание построено в отдаленной местности и линии поблизости просто нет? Такие дома электрифицируют обычно с использованием дизельного или бензинового генератора с одновременной установкой ветряка. Такая схема позволяет сделать энергоснабжение здания постоянным и относительно недорогим. К тому же ветровые электростанции имеют довольно-таки простую конструкцию. При желании такое оборудование можно сделать в том числе и своими руками.
Принцип работы
Схема функционирования ветряка довольно-таки проста и выглядит следующим образом:
- При обтекании ветром лопастей ротор вырабатывает нестабильный переменный электрический ток.
- Переменный ток выпрямляется контроллером и используется для подзарядки аккумуляторов.
- Входящий в конструкцию инвертор преобразует ток от аккумуляторов в переменный с частотой 50 Гц (подходящей для большинства бытовых приборов) и напряжением в 220/380 В.
Ротор с лопастями крепится на специальной мачте. Принцип работы ветровой электростанции, таким образом, основан на преобразовании энергии ветра в электрическую. Мощность генератора этого типа зависит в том числе и от высоты мачты. Ведь чем длиннее она будет, тем выше скорость ветра. Длина шеста в любом случае не должна быть меньше 4 м (от крыши здания). Но чаще всего этот показатель составляет 14-24 м. Устанавливают ветряк или на бетонной площадке, или с использованием растяжек. Иногда это устройство крепят к стене сооружения.
Ветровые электростанции большой мощности (промышленные) часто даже возводят в виде большой башни. Такие конструкции используются в основном в тех небольших странах, где мало других источников получения электроэнергии.
Виды ветряков
Основных типов таких генераторов электроэнергии существует всего два:
- с вертикальной осью;
- с горизонтальной осью.
Своими руками могут изготавливаться ветровые электростанции обоих этих видов. Горизонтальные модели обычно дополняются хвостовой частью. Такие модели довольно-таки сложны в изготовлении, отличаются неплохой производительностью, но издают больше шума, чем вертикальные.
Как составить проект
Любая домашняя ветровая электростанция собирается по заранее разработанным чертежам. При составлении схемы такого генератора в первую очередь следует определиться:
- С его мощностью. В загородных домах обычно используются устройства на 200-500 Вт.
- С формой, длиной и количеством лопастей. Эти параметры, наряду с силой ветра, в принципе, и определяют мощность установки.
Лопасти для самодельных ветряков могут использоваться:
- Парусные. Эта разновидность проста в изготовлении, но обладает не слишком хорошей аэродинамикой. Такие лопасти имеют обычную прямоугольную форму и просто крепятся по кругу под определенны углом.
- Крыльчатые. Имеют обтекаемую форму, исключающую завихрения и позволяют сделать мощный, производительный генератор. Такие лопасти в станциях используются чаще всего.
Вертикальный ветряк: выбор оборудования
Изготавливаются ветровые электростанции своими руками с использованием самых разных материалов. Довольно-таки мощную и производительную вертикальную модель можно сделать с применением:
- автомобильного генератора на 12 В;
- гелевого или кислотного аккумулятора 12 В;
- реле зарядки аккумулятора от автомобиля;
- любого вольтметра.
Лопасти вертикальных ветрогенераторов обычно изготавливаются из какой-нибудь металлической или пластиковой емкости большого объема (бочки, ведра, кастрюли и т. д).
Из дополнительных элементов используются:
- выключатель на 12 В;
- преобразователь (инвертор) 12 V – 220 V на 700 W – 1500 W.
Также, конечно, понадобятся провода, мачта и разного рода крепежные элементы (болты, хомуты).
Технология изготовления вертикального генератора
Собирать ветровые электростанции для дома начинают с изготовления ротора с лопастями. Для выполнения этой операции понадобятся рулетка и маркер. С их помощью производят разметку лопастей. Ведро или кастрюлю делят на четыре равные части. Затем с использованием болгарки или ножниц по металлу вырезают и отгибают лопасти. Далее порядок действий должен быть таким:
- В днище емкости вырезаются отверстия под шкив и болты.
- Ведро закрепляется на шкиве.
- На мачту с использованием хомутов устанавливается генератор.
- Собирается цепь. Провода при этом желательно зафиксировать на мачте.
- Подсоединяется аккумулятор. При этом желательно использовать провода сечением 4 мм2. Их длина не должна превышать 1 м.
- Монтируется инвертор. Подключать его следует с использованием проводов 4 мм2.
- С применением проводов 2.5 мм2 присоединяются потребители.
- Мачта устанавливается на выбранном месте.
По такой технологии собираются довольно-таки надежные вертикальные ветровые электростанции. Как работают такие модели, мы рассматривали выше. С использованием оборудования, собранного по этой схеме, можно, к примеру, обеспечить освещение двора и хозяйственных построек, работу сигнализации, видеокамеры и т. д. Но, к сожалению, слишком уж производительной такая относительно простая станция не будет.
Элементы конструкции горизонтального генератора
Ветровые электростанции этого типа являются, как уже упоминалось, несколько более сложными в изготовлении и при этом чаще всего имеют лучший КПД. В конструкцию генератора с горизонтальной осью входят:
- Лопасти колеса. Лучше, если они будут крыльчатыми.
- Генератор.
- Станина под вал генератора.
- Боковая лопатка. Этот элемент выполняет защитную функцию при слишком сильном ветре.
- Рама для крепежа узлов станции.
- Токоприемник.
- Узел поворота колеса.
- Мачты.
- Хвостовика.
Выбор оборудования для горизонтальной модели
Ветровые электростанции для дома этого типа также делают из самых разных материалов. Очень просто, к примеру, собрать горизонтальный ветряк из обычного напольного комнатного вентилятора. Но такая модель будет малопроизводительной. С помощью генератора из вентилятора, оснащенного USB-разъемом, можно только, к примеру, заряжать телефон или слушать радио. Для подключения бытовых приборов понадобится, конечно же, более мощная и основательная модель.
Изготавливаться довольно-таки производительные домашние мини-ветровые электростанции могут, к примеру, с применением такого оборудования и материалов:
- пластиковой трубы для напорной канализации диаметром 160 мм под лопасти;
- фанеры для крепления лопастей;
- стальной водопроводной трубы диаметром 100 мм под мачту;
- генератора (веломотор мощностью 250 Вт);
- листовой стали 12 мм;
- станины из дюралюминия;
- профильной трубы 40х20х2.5 для защитной боковой лопаты;
- пружины из углеродистой стали;
- велосипедного троса для растяжек.
Горизонтальная ветровая электростанция, своими руками изготовленная: колесо
Делать такую модель, как и вертикальную, начинают с основного рабочего узла. В данном случае это колесо. Лопасти из канализационной трубы вырезают по шаблону. Форма их должна напоминать крыло самолета. Всего понадобится 6 лопастей. Собирают колесо на специальной головке, изготовить которую можно самостоятельно. Для этого из листовой стали вырезают кольцо и наваривают на него шесть лучей с отверстиями для крепления лопастей. Готовое колесо обязательно следует отбалансировать. Проще говоря, нужно добиться того, чтобы лопасти при отсутствии ветра не поворачивались самопроизвольно. Производят балансировку в гараже или другом помещении. На улице этой процедуре может помешать даже самый легкий ветерок.
Генератор и рама горизонтальной модели
Веломотор следует максимально надежно закрепить на станине. Последнюю изготавливают из дюралюминиевой пластины. В ней нужно сделать резьбовое отверстие под вал веломотора. По углам пластины высверливаются монтажные отверстия для крепления к раме. Вал генератора в станине закрепляется посредством гайки с контршайбой. Иначе он будет прокручиваться. Раму горизонтального ветрогенератора изготавливают из стальной пластины. Можно также использовать кусок швеллера.
Токоприемник и поворотный узел
Для того чтобы генератор поворачивался по направлению ветра, собирают специальную конструкцию. Делают поворотный узел из подшипников и втулки. Последнюю через фланец соединяют с мачтой. К раме приваривают муфту. Токоприемник собирают так:
- на поворотном узле размещают контакты из латунной проволоки с припаянными проводами 4 мм2;
- накрывают контакты пластиковым стаканчиком и заливают эпоксидной смолой;
- после застывания смолы стачивают деталь (до появления контактов);
Необходим токоприемник для того, чтобы при вращении ветряка провода не наматывались на мачту и не скручивались. В качестве подвижного контакта можно использовать щетки от стартера автомобиля.
Защитная лопатка
Этот элемент изготавливают из профильной трубы и стальной пластинки 1-2 мм. Также в ее конструкции используется пружина. Принцип работы этого защитного элемента прост. Как только сила ветра превысит жесткость пружины, ветряк начнет складываться. Во время урагана лопасти просто встанут параллельно движению потока воздуха. А это исключит падение или поломку оборудования. Хвост оперения ветряка крепят к раме через шарнир (диаметром от 12 мм), изготовленный из конструкционной стали.
Как установить
Располагать ветровые электростанции следует подальше от разного рода препятствий (зданий, деревьев и пр.). Под мачту стоит залить бетонную площадку. Иначе она будет продавливать грунт. В качестве растяжек проще всего использовать тросики сечением от 6 мм. Закрепить их следует к также влитым в бетон прочным стальным колышкам. На самой мачте растяжки фиксируются посредством хомутов. Устанавливают шест с колесом обычно с использованием стрелы противовеса.
Генераторы на солнечных батареях
Это оборудование часто используют в дополнение к ветрякам. Комбинация этих двух устройств позволяет организовать максимально эффективное энергоснабжение дома. Ветровые и солнечные электростанции имеют схожую конструкцию. Составляющими вторых являются:
- аккумуляторы;
- преобразователи и контроллеры заряда.
Однако в качестве основного рабочего узла в данном случае используются фотоэлементы, а не лопасти. Собрать такой генератор, как и ветряк, при желании можно своими руками. Процедура эта не слишком сложная, но проблемой может стать покупка фотоэлементов. Дело в том, что они очень дорого стоят.
Солнечные и ветровые электростанции для дома используют бесплатную энергию, а поэтому считаются оборудованием очень перспективным. Даже несмотря на относительно низкий КПД и дороговизну, устройства этого типа необыкновенно популярны у владельцев загородных домов. Ведь в любом случае такая установка обязательно окупается.