Сколько электроэнергии вырабатывает ветрогенератор. Электростанции ветряные: планирование и типы ветряных электростанций. Факты и заблуждения

Электрическая ветряная мельница или просто ветряк – это вариант для тех, кто мечтает об автономном доме и тех, у кого нет возможности подключиться к существующей электромагистрали по причине ее значительной удаленности от дома. Назначение подобных установок в том, чтобы преобразовывать кинетическую энергию ветра в электрическую.

Конструкция ветряков не замысловатая и представляет собой мачту (на растяжках, монолитная, телескопическая), на вершине которой закрепляется редуктор с лопастями и генератор.

Если вы решили установить электрическую ветряную мельницу у себя на участке, то вам необходимо определиться с видом ветрогенератора и его мощностью .

Что касается вида ветрогенираторов, то их различают по количеству лопастей, по шагу винта, по материалу и по оси вращения. О последней классификации мы дальше и поговорим, так как определившись с тем, с какой осью вращения у вас будет ветрогениратор (с горизонтальной или вертикальной) подбирается все остальное.

Ветрогениратор с горизонтальной осью вращения.

Данный ветрогениратор представляет собой обычный пропеллер, у которого ось вращения ориентирована параллельно воздушному потоку.

Достоинства горизонтального ветрогениратора:

после его установки вы получаете надежный, экологически чистый, безопасный, а главное автономный источник энергии;
при равной мощности имеет меньшие габариты, чем вертикальный;
более высокая эффективность работы, за счет меньшего разброса углов атаки на рабочих режимах;
коэффициент полезного действия (КПД) выше, чем у вертикальных, 30% против 25%;
срок окупаемости меньше в 2-3 раза, чем у ветрогенератора с вертикальной осью вращения, и составляет около 15 лет.

Недостатки горизонтального ветрогениратора:

роутер необходимо ориентировать по направлению ветра, а для этого требуется внедрять дополнительные механизмы, например, флюгер;

Ветрогениратор с вертикальной осью вращения.

Тип конструкции у такого ветрогенератора совершенно отличается от конструкций горизонтального ветрогениратора. Здесь ось вращение ориентирована перпендикулярно воздушному потоку.

Достоинства вертикального ветрогениратора:

так же, как и ветрогениратор с горизонтальной осью вращения, он является экологически чистым, надежным, безопасным и автономным источником энергии;

Недостатки вертикального ветрогениратора:

стоят дороже, парой в 2-3 раза по сравнению с горизонтальными;

Срок службы у обоих видов установок одинаков и составляет 15-25 лет, по истечении которого требуется замена основных деталей. Не отличается у обоих типов ветрогенираторов и уровень шума – при исправных и смазанных деталях в доме вы их слышать не будете.

Наибольшее же распространение в частном домостроение получили ветряки с горизонтальной осью вращения.

Необходимая мощность электрических ветряных мельниц

Какой мощности нужно покупать ветрогениратор, чтобы энергии хватило на все необходимое? Это второй вопрос, на который нужно ответить перед его приобретением.

Итак, для следующих запросов мощность ветряка должна быть:

300-500 Ватт – обеспечат зарядку мобильных устройств, просмотр телевизора или освещение нескольких помещений. От такого ветряка можно смело запитать баню при условии, что нагрев воды будет производиться дровами, газом или другими отличными от электричества способами;

1-5 КВатт – обеспечат работу стиральной машины, электроплиты, микровалновки, холодильника и другой бытовой техники;

5-10 КВатт – электроэнергией будет полностью обеспечен частный дом или коттедж, правда только в том случае, если не будут использоваться кондиционер и электрические отопительные приборы;

10-20 КВатт – такой мощности достаточно для обеспечения электроэнергией нескольких домов.

Правда, для того, чтобы вырабатывалась указанная энергия, необходим практически бесперебойный ветер, который должен дуть с оптимальной скоростью необходимой для каждой установки.

Электрические ветряные мельницы (ветряки)

Статья для тех, кто решил установить у себя на участке электрическую ветряную мельницу (ветряк).

Небольшие ветрогенераторы для дома

Энергия ветра – это экологически чистая, неисчерпаемая энергия. Для преобразования энергии ветра в электрическую энергию служат ветряные электростанции (мельницы, ветрогенераторы).

Ветряные мельницы используемые для выработки электрической энергии бывают разных размеров. Большие ветрогенераторы, которые обычно используются на ветряных фермах (электростанциях), могут вырабатывать большое количество электричества – сотни мегаватт, которым можно обеспечивать сотни домов. Небольшие ветряки, которые вырабатывают не больше 100 кВт электроэнергии, используются в частных домах, фермах, подсобных хозяйствах и т.п., служат источником дополнительной электроэнергии, способствуют уменьшению оплаты за основной источник электроэнергии.

Очень маленькие ветряки, мощность которых составляет 20-500 Вт, используются для подзарядки аккумуляторов и др. сферах, где не требуется большое количество электроэнергии.

Небольшие ветроэлектростанции будут экономически эффективны, если будут соблюдены следующие условия:

ветер в вашем месторасположении дует стабильно и много дней в году;
есть достаточно места для установки ветряка;
местными властями разрешена установка ветряков;
ваши затраты на электроэнергию высоки;
вы не подключены к питающей сети или она находится далеко от вас;
вы готовы инвестировать деньги в ветрогенератор;
во избежание проблем с соседями, ветряк должен находится не ближе чем 250-300м к ним.

Требования к ветру

Будет ли ваш ветряк для дома экономически целесообразным – больше всего зависит от качества ветра. В большинстве случаев, среднегодовая скорость ветра в 4.0-4.5 м/с (14.4-16.2 км/ч) является тем минимумом, чтобы ветрогенератор был экономически выгоден. В анализе ветра вам помогут сайты, где представлены карты ветров России и других стран.

Также, вам может помочь местная метеорологическая станция, где вы можете посмотреть архив данных по силе ветра. Но следует обратить внимание на расположение станции, т.к. различные препятствия – деревья, строения, возвышенности могут стать причиной искаженных данных о ветре.

Для более точной оценки ветра в вашей местности вам необходимо приобрести устройства измеряющие скорость ветра. Особенно это актуально, если ваша местность холмистая или имеет необычный ландшафт.

Наиболее важной деталью в приборе для измерения скорости ветра является анемометр. Он состоит из чашечной (или лопастной) вертушки укреплённой на оси, которая соединена с измерительным механизмом. Лопасти анемометра вращаются и вырабатывают сигнал, пропорциональный скорости ветра. При покупке анемометра не будет лишним приобрести устройство, записывающее показания с него, а также трипод, кронштейн и т.п., где он будет монтироваться.

Существуют более дорогие цифровые устройства для измерения скорости ветра. Там также используется анемометр, но данные поступают в компьютер, где они обрабатываются и запоминаются. В последнее время данные устройства становятся все более популярными и дешевыми.

Неважно какой измерительный инструмент вы используете для оценки скорости ветра, но хотя бы минимум один раз в год вы должны сравнивать ваши данные с другими. Также важно измерительно оборудование размещать достаточно высоко, чтобы избежать турбулентности, которая создается деревьями, строениями и другими препятствиями. Наиболее оптимальным размещением измерительного прибора является его размещение на уровне центра ротора ветрогенератора.

Место для размещения ветрогенератора

Большое значение имеет место, где вы собираетесь разместить ваш ветряк. Помните, что не следует его размещать вблизи деревьев, домов и т.п., т.к. вы не получите полной отдачи от ветряка.

Также учитывайте что:

сила ветра всегда больше на вершине холмов, у береговой линии, в степях, в местах где нет деревьев и строений.
деревья могут расти, а ветряк – нет.
необходимо заранее информировать соседей о ваших планах, во избежании проблем с ними в будущем.
желательно поставить ветряк на достаточном расстоянии от соседей. Обычно достаточно 250-300м.

Не ожидайте, что ваша ветроэлектростанция будет все время вырабатывать достаточное количество электроэнергии. Скорость ветра в одном и том же месте может сильно различаться и как следствие будет и различаться количество вырабатываемой электроэнергии. И если сила ветра будет меняться в пределах 10%, то вырабатываемая электроэнергия будет изменяться в пределах 25%!

Типы ветрогенераторов

Существует 2 основных типа ветрогенераторов: с горизонтальной осью вращения и вертикальной. Горизонтальные ветряки должны быть направлены по ветру. Для этого, в их конструкции предусмотрен так называемый “хвост”.

Вертикальные ветрогенераторы работают в любом направлении ветра, но требует больше наземного пространства, т.к. необходимо предусмотреть растяжки для устойчивости ветряка.

Компоненты ветроэлектростанции

Основные компоненты типичной ветряной электростанции показаны на рисунке ниже.

Они включают в себя:

ротор с лопастями, которые имеют аэродинамическую форму.
редуктор или коробка передач, которые согласует скорость вращения между ротором и генератором. Маленькие ветряки (до 10 кВт) обычно не имеют редуктора.
защитный кожух , который защищает от внешних воздействий редуктор, генератор, электронику и другие компоненты ветрогенератора.
хвост ветряка – необходим для его поворота по ветру.

Для ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения необходима мачта (вертикальные ветряки обычно устанавливаются прямо на земле).

Мачты бывают различных видов: на растяжках (которые жестко закреплены), поворотная мачта на растяжках (может подниматься и опускаться для обслуживания и ремонта), свободно-стоящая мачта без растяжек (они тяжелые, но зато занимают не так много места на земле).

Очень важным факторов является высота мачты. Энергия ветра пропорциональна скорости ветра в третей степени (в кубе). Т.о. если скорость ветра удвоилась, то энергия ветра возрастет в 8 раз (2х2х2=8) (Рисунок 6). Скорость ветра увеличивается с высотой, т.е. увеличивая высоту мачты можно сильно увеличить энергоэффективность ветряка.

На всякий случай просмотрите местное законодательство на предмет ограничений на высоту мачты для ветроэлектростанций. Используйте конструкцию мачты, одобренной производителем ветряка, иначе вы можете потерять гарантию на него. Обязательно заземлите мачту и предусмотрите молниеотвод.

Для электробезопасности необходимо использовать разъединители и автоматические выключатели. Они также обеспечат безопасный доступ к ветряку для его обслуживания и модернизации.

Также могут понадобиться другие компоненты ветроэлектростанции. Аккумуляторы – смогут накапливать излишки электроэнергии от ветряка. Но, поскольку аккумуляторы используют постоянный ток, то для преобразования его в переменный необходим инвертор .

Если дом, ферма или хозяйство подключены к общей системе энергообеспечения, то в ветренные дни излишек энергии можно продавать электросетям (неактуально для нашей страны). А когда ветер слабый и электроэнергии ветряка не хватает, то нужно будет покупать электроэнергию от общей электросети.

Стоимость ветрогенератора

Стоимость небольшого ветряка $2000-$8000 за 1 кВт. Однако, это только 12-48% от стоимость всех компонентов ветряной электростанции: инверторы, аккумуляторы, зарядные устройства, АВР и т.п.

Но большой плюс ветрогенератора в том, что однажды купив его, вам больше практически ни за что не прийдется платить, кроме планового техобслуживания.

Производительность ветрогенератора обычно описывается производителем как график зависимости выходной мощности к скорости ветра.

Одной из проблем при выборе и сравнении ветрогенераторов является отсутствие единного стандарта измерения выходной мощности.

Производители сами выбирают при какой скорости ветра указывать выходную мощность. Возьмем к примеру “Wind-o-matic” и “Mighty-wind” – у обоих заявленная мощность 1000 Ватт. Но у “Wind-o-matic” это мощность при скорости ветра 5 м/с, в то время как у “Mighty-wind” это мощность при 10 м/с. Вследствии того, что энергия ветра пропорциональна скорости ветра в кубе, то ветряк выдающий 1 кВт при при 10 м/с, даст только 1/8 от максимальной мощности при 5 м/с. Т.о. при скорости ветра 5 м/с “Wind-o-matic” будет выдавать честные 1000 кВт, в то время как “Mighty-wind” всего 125 Ватт!

Более правильным является сравнение ветрогенераторов по площади и размеру лопастей. Чем больше площадь, тем больше энергии может вырабатывать ветряк. При удвоении площади солнечных батарей – мощность увеличивается вдвое. Также и в ветрогенераторе – при увеличении площади лопастей возрастает выходная мощность.

Если вы не знаете площадь лопастей ветряка, то вы можете сравнивать по диаметру ротора. Незначительное увеличение диаметра ротора ведет к значительному увеличению отдаваемой электроэнергии от ветрогенератора (см. рисунок). Значения указанные на рисунке являются ориентировочными и на них опираться не следует, т.к. генерируемая мощность ветряка зависит от множества других факторов.

Выбор размера ветрогенератора

Для определения подходящего размера ветряка для начала посмотрите сколько электроэнергии вы потребляете в месяц. Затем полученное значение умножьте на 12 месяцев.

Примерное количество электроэнергии вырабатываемое ветряком вы можете получить по формуле:

AEO = 1.64 * D*D * V*V*V

Где: AEO – электроэнергия за год (кВт*ч/год), D – диаметр ротора (в метрах), V – среднегодичная скорость ветра (м/сек)

Т.о. вы можете выбрать оптимальный размер ветрогенератора, вырабатывающий необходимую мощность для вашего дома или хозяйства. И возможно сэкономить на покупке.

Отношения с соседями

Многие люди требуют бережного отношения к окружающим их вещам: ландшафту, виду, исторически местам, тишине, соседям и т.п. Обязательно переговорите с соседями о ваших планах установить ветроэлектростанцию. Также вы должны понимать, что людям свойственен страх перед чем-то новым и неизвестным.

Многие люди думают, что ветряки наносят вред птицам. Но на самом деле раздвижные двери более опасные для птиц, чем небольшие ветряки. Также ветрогенераторы оказывают ничтожное влияние на радио и телевизионное вещание. Лопасти всех современных ветряков сделаны из стекловолокна или дерева. Эти материалы прозрачны для электромагнитных волн.

Соседи не приемлят шум от ветрогенератора. Прежде чем установить ветроэлектростанцию, ознакомьте ваших соседей с теми шумами, которые она может производить:

аэродинамические шумы – возникают из-за потоков воздуха производимыми лопастями. Шумы увеличиваются со скоростью вращения ротора. Иногда из-за воздушных турбулентностей, некоторые виды лопастей могут издавать свистящий звук.
механические шумы – могут возникать в других компонентах ветряка (генератор, редуктор и т.п.)

Сколько шума может производить ветроэлектростанция?

В 250-ти метрах, от типичной ветроэлектростанции уровень звукового давления составляет приблизительно 45 дБ. Небольшие ветряки производят не больше шума, чем кондиционеры.

Лопасти небольшого ветряка вращаются со средней скоростью 175-500 оборотов в минуту, максимум 1150 об/мин. Большие ветряки вращаются с постоянной скоростю 50-15 об/мин

Обслуживание

Ветроэлектростанции требуется постоянное техническое обслуживание – регулярные осмотры, смазка трущихся частей и т.п. Ежегодно проверяйте болтовые соединения и электрические контакты, подтягивайте их, если необходимо. Также проверяйте ваш ветряк на наличие коррозии и натяженность растяжек мачты.

Если лопасти сделаны из дерева, то наносите краску для защиты. На кромки лопастей наклейте прочную ленту для защиты от абразивной пыли и летающих насекомых. Если краска растрескается, а пленка отклеится, то незащищенное дерево быстрее прийдет в негодность. Влажность, проникшая в дерево лопастей, может вызвать дисбаланс ротора. Ежегодно проверяйте лопасти ветряка.

После 10 лет эксплуатации лопасти и подшипники должны быть заменены. При правильной установке и эксплуатации ветроэлектростанция может прослужить 30 и более лет. Правильное обслуживание также минимизирует уровень шума от вашего ветряка.

Безопасность

Все ветрогенераторы имеют максимальную скорость вращения ветра, выше которой они не могут работать. Когда скорость ветра превышает это значение, то в ветрогенераторе должен сработать тормозной механизм не допускающий превышения критического значения.

При использовании ветряка в холодных районах, необходимо позаботиться о проблеме обледенения, а также размещать аккумуляторный блок в изолированном месте.

Установка ветряка на крышу здания не рекомендуется. Но если он маленькой мощности (до 1 кВт), то можно сделать и исключение. Дело в том, что ветрогенератор может давать вибрацию, которая может передаваться на поверхность, на которой он установлен.

Что такое ветряная электростанция для дома

Стоит ли покупать ветрогенератор для дома? В регионах с повышенной ветреностью - это хорошее решение для получения энергии. Преимущества: бесплатно, экологически чисто, доступно, не требует топлива. Недостатки: непостоянство источника, шумно, долго окупается, цена.

Составляющие и принцип работы

Принцип ветрогенератора заключается в преображении кинетической энергии ветра в электрический ток. Поток воздуха приводит в движение крылья установки. Внутри турбины электромагнитная система преобразует полученную активность в электричество, которое аккумулируется в батарее.

Основными составляющими системы являются:

генератор;
лопасти;
мачта;
контроллер;
аккумуляторная батарея;
инвертор;
автоматический переключатель источника питания.

Дополнительно также может устанавливаться анемоскоп и датчик направления ветра. В домашних условиях могут не использоваться, чаще используется в станциях средней и большой мощности, в производственных масштабах.

Составляющие ветрогенератора

Турбина установки вырабатывает переменный ток. С его помощью активность, получаемая от вращения крыльев, преобразуется в электричество. Электромагнитная установка внутри с помощью механического движения магнитов влияет на движение электронов в катушках.

Ток, которые вырабатывается в ходе этого взаимодействия, с помощью контроллера передается на аккумуляторную батарею. Количество вырабатываемой энергии зависит от скорости и силы, стабильности ветрового потока.

На мощность турбины влияет размер этих деталей.

При расчете для установки в доме, фиксируют потребление электричества в месяц. Умножают эту цифру на 12. При потреблении дома в 3600 кВт (300 в месяц) в регионе со средним значением - 5 м/с необходимо использовать длину не меньше 4 м.

D – диаметр ветроколеса ротора,

AOE – сумма потребляемой энергии в год,

V – средняя скорость ветра в регионе.

Если же размер необходимо уменьшить, тогда нужен аппарат с большей мощностью. С помощью формулы можно посчитать (с погрешностью 20%) какую энергию можно получить. Необходимо умножить квадрат диаметра лопастей на куб средней скорости потоков, далее разделить полученное значение на 7000.

То есть если скорость в вашей местности приблизительно 4 м/с, а диаметр деталей 2 метра, тогда (4 3 *2 2)/7000=0,036 кВт электричества получится. Если ветер усилится до 5 м/с, тогда получится 0,071 кВт. Если средняя скорость ветра неизменна, тогда можно на мощность повлиять с помощью длины лопастей.

Если их длинна в два раза больше, тогда при той же скорости мощность увеличивается в 4 раза. Эти расчеты можно использовать при изготовлении станции своими руками.

В таблице представлены данные по расчетам:

Турбина производительностью до 700 Ватт в месяц, с начальной скоростью ветра 2,5 м/с, и номинальной - 8, может выработать 120 кВт электричества при средней скорости - 6. Размер лопастей - 2,7 метра, количество - 3 шт. А налог при мощности от 0-1600 Вт даст месячную выработку в 230 кВт.

Самый распространенный это генератор мощностью 3000 Ватт с 3-мя крылами длинной 3,2 м. Его хватает, чтобы выработать 480 кВт, при скорости 6 м/с. Этого количества достаточно для обеспечения частного дома.

Высота мачты влияет на высоту размещения источника получения тока. Чем выше, тем сила ветра стабильнее, а скорость выше. Мачты бывают различной формы. Одним из ключевых факторов безопасности установки является материал, из которого сделана мачта. При сильном ветре или урагане основная нагрузка приходится на эту часть. Опоры должны быть прочными и выдерживать большие нагрузки. Обслуживать высокие мачты проблематично.

Так называемые фермные мачты имеют отдельные секции, которые изготавливаются из опорной трубы (обычно 3 штуки), соединенные между собой перемычками. Такие секции удобно использовать в дальнейшем, если необходимо увеличить или уменьшить высоту мачты. Они крепятся на болты, которые можно раскручивать и добавлять новые секции.

При установке мачты нужно учесть объекты на расстоянии до 300 метров, ветряк должен располагаться таким образом, чтобы они находились на метр ниже турбины. Ничто не должно мешать получить максимальную продуктивность.

Контроллер

Устанавливается для управления процессами и функциями. Этот механизм преобразовывает переменный ток в постоянный, который поступает на аккумуляторы. Также в контроллере осуществляется управление функциями поворота лопастей, защиты при сильном порывистом ветре.

Аккумуляторы

Батареи нужны для того, чтобы сохранять электричество, которое передает контроллер, и стабилизировать её. Напряжение, выходящее из батарей, стабильное и постоянное, в отличие от того, которое выходит из генератора. Также аккумуляторы позволяют использовать энергию, когда вращение отсутствует, и установка не работает.

Инверторы подразделяются на четыре вида:

Чистая синусоида подходит для любого типа электроприборов (медицинское, сетевое и другое оборудование) напряжение переменного тока 220 вольт. Модифицированная синусоида пригодна, при нечувствительном потреблении к качеству напряжения. Этим она отличается от чистой. Подходит для освещения, заряда устройств, обогревательных приборов и т.п.

Автоматический переключатель источника питания

АВР используют, если в электросети задействованы также солнечные батареи, генераторы топлива, общественная сеть, другие альтернативные источники питания. Эта установка переключает источники питания, если один из них недоступен. Он может работать только с одним источником.

Виды ветряных электростанций

Существует несколько видов в промышленных масштабах по типу размещения: наземные, прибрежные, шельфовые, плавающие, парящие, горные.

В бытовом использовании более важными являются типы конструкций:

По количеству лопастей разделяют на двух, трёх и многолопастные ветрогенераторы.
По направлению оси вращения разделяются на вертикальные или горизонтальные. Преимуществом вертикальных является повышенная устойчивость конструкции. Преимуществом горизонтальных является большая выработка энергии.
Также разделяют по управлению шагом лопасти. Изменяемый позволяет регулировать диапазон рабочей скорости вращения крыльев. Но конструкция с таким типом дороже, тяжелее. Для использования в домашних условиях лучше брать с фиксированным шагом.
По типу изготовления материалов крыла бывают парусные или жесткие. Первые стоят дешевле, их проще изготовить самому, однако прочность их меньше, чем у жестких. Вторые изготавливают в основном из металла, пластика, стеклопластика. Такие лопасти служат дольше, и не требует частой замены. Если в районе ветра сильные, использовать парусные нерационально.
Спиралевидные. Недавно разработаны технологии, в которых используются спиралевидные, известные как ротор Онипко. Принцип их конструкции позволяет снизить шум, а также получить выработку энергии на самых низких высотах при минимальных потоках. Особая конструкция спиралевидной формы также позволяет избежать столкновения с птицами - частой проблемой ветряков. За счет увеличенной площади контакта с ветром, у спиральной конструкции появляется эффект увеличения и усиления мощности. Хвостовой стабилизатор отсутствует, поскольку ротор улавливает поток воздуха самостоятельно на горизонтальной оси. Могут изготавливаться из различных материалов (пластик, металл и др.). В Голландии подобные решения уже испытывают, турбина называется LiamF1. Они очень практичны в условиях небольшой скорости ветра. Такие конструкции могут вырабатывать от 125 до 200 кВт в месяц на максимальной мощности. Их размер не превышает полтора метра в диаметре, может быть поставлен на крыше дома или мачте. При этом показатель шума не превышает 45 децибел. Такая конструкция будет уместна, как дополнительный источник энергии в небольших городах с преимущественно низкими постройками.

Что нужно учесть при выборе

В первую очередь необходимо изучить карту ветров региона, чтобы понять целесообразность. Затем необходимо сделать расчёт количества потребляемой энергии домом. Исходя из этих цифр, уточняется какой аппарат, с каким размером лопастей подойдет для обеспечения данного запроса.

Также необходимо учитывать климатические особенности и выбрать правильный вид установки. В зонах повышенной турбулентности ставят агрегат с вертикальным вращением, эти конструкции более устойчивы и долговечны в таких зонах.

Горизонтальные проявят себя лучше на открытой местности или возвышенности, а также на побережье. Однако, шум, производимый этими установками, возможно, будет мешать соседям, поэтому устанавливать их стоит на открытой местности, такой как поле. В этих условиях КПД горизонтальных выше, чем у вертикальных.

Спиралевидные конструкции позволено устанавливать в регионах с низким показателем скорости ветра, а также в густонаселенных пунктах. Такие конструкции почти не издают шум (до 45 ДБ), безопасные для птиц, не занимают большие площади.

Изучив все вышеперечисленные критерии, стоит рассчитать экономический показатель окупаемости установки. За какой период времени установка окупится согласно действующим тарифам на электроэнергию. Даже при долгом сроке окупаемости от 5 лет важно отметить, что этот источник энергии в будущем не потребляет никакого топлива.

Устройство ветрогенератора

Цены на товары с различной мощностью зависят от производителя, комплекта поставки (генератор, аккумуляторы, инвертор и др.). Ценовые предложения колеблются в показателях:

Замечания при строительстве своими руками

Если цены на ветряки слишком дорогие, можно сделать конструкцию своими руками. Чаще всего для экономии используют либо генератор от автомобиля, либо от стиральной машины. При использовании таких аппаратов чаще всего выбирают горизонтальный тип установки, в котором применяют 3-6 лопастей.

Готовые лопасти насаживают с помощью шкива на вал электродвигателя. С помощью деревянного бруса монтируют хвост и крепят с другой стороны вал. Для хвоста лучше взять лист алюминия. Бокс турбины нужно защитить от дождя либо кожухом, либо куском пластиковые трубы.

В нижней части устанавливается труба, которая в дальнейшем будет выполнять повороты механизма. Для мачты стоит использовать металлические трубы диаметром 32 миллиметра по длине от 3 до 4 метров.

Верхняя часть мачты является также поворотной втулкой, куда вставляется труба с двигателем. Внизу необходимо сделать опору с диаметром не меньше 60 сантиметров. На этой опоре установить U-образную трубопроводную арматуры посредине. Чтобы мачту получилось опускать, необходимо поставить тройник с поворотом.

Для изготовления электронных схем необходимы специальные знания, поэтому при отсутствии таковых следует купить контроллер и аккумуляторы. При необходимости также можно установить мультиметр, этот прибор будет отслеживать напряжение, выходящее из ветрогенератора и поступающее на батарею. Электроника требует защиты от дождя и ветра. Лучше использовать удлинитель и перенести этот блок в защищенное место.

Устанавливать или нет

Целесообразность использования данного типа установок всегда очень индивидуально. Однозначно стоит устанавливать такой вид источника энергии в тех местах, где нет доступа к другим вариантам. Хорошо будет работать установка на прибрежных зонах или на холмах. В этих районах доступ к источнику энергии почти постоянный, поэтому даже покупка дорогой электростанции оправдает себя через несколько лет.

Они помогут экономить, и получать электроэнергию, когда основной ресурс недоступен. При использовании крупных горизонтальных ветряков с большими лопастями нерационально ставить их в тех районах, где густонаселенные пункты.

В таких условиях лучше подойдут вертикальные генераторы или спиралевидные. Они не производят много шума. Их можно устанавливать даже в частных домах с близким соседством. Однако в этом случае ближайшие постройки могут влиять на производительность станции.

Проблему можно решить, дополнив сеть солнечными батареями. В комплексе два этих источника могут полностью обеспечить жилой дом электроэнергией.

Покупать или сделать своими руками - вопрос чисто финансовой стороны. Если есть средства на готовую установку, можно смело вкладывать в будущее, поскольку это вложение окупится в ближайшие годы.

Если же денег на покупку дорогого оборудования нет, но есть возможность собрать генератор своими руками, однозначно советуем установить ветряк дома самому. Он позволит сэкономить как минимум треть потребляемой энергии.

Ветряная электростанция для дома - сколько стоит и как изготовить своими руками

Составляющие и принцип работы ветряной электростанции для дома – виды ветряных электростанций, цены, что нужно учесть при самостоятельном изготовлении, также советы специалистов.

Ветрогенераторы для дома

Энергия ветра приручена людьми достаточно давно. Примером тому могут служить парусники, благодаря которым, в прошлом, мореплаватели открывали новые земли и создавали картину нашего настоящего мира. Также всем наверняка знакомы ветряные мельницы, которые являлись для наших предков единственными машинизированными средствами труда. Они и по сей день помогают людям.

Пример ветрогенератора для установки на крыше

В настоящее время энергия ветра представляет огромный интерес в качестве альтернативного источника электроэнергии. Попробуем разобраться, оправдан ли этот ажиотаж вокруг таких способов обеспечения электричеством дома, как ветряные электростанции.

Ветряные электростанции

Эти новомодные приспособления для получения электроэнергии представляют собой определенное количество генераторов, использующих для работы силу ветра, объединенных в систему вместе с другим вспомогательным оборудованием. Наиболее продвинутыми в направлении электроэнергетики странами являются Германия и Дания. Исследования показывают, что потребление энергии в этих странах существенно ниже по сравнению с их соседями. Также, благодаря тому, что они внедряют возобновляемую энергетику в другие страны, в их бюджете замечается существенный прирост.

Ветряные электростанции бывают двух типов: с горизонтальным и вертикальным расположением оси вращения.

Так выглядит горизонтальный ветрогенератор

Первый тип еще называют пропеллерным, и применяют его чаще всего, так как такие ветряки имеют наибольший коэффициент полезного действия. Их отличает более сложная конструкция, включающая в себя устройство для ориентации по ветру. Самодельное изготовление пропеллерного типа ветряков затруднено. Работают такие установки только при больших скоростях ветра, поэтому их применение в условиях слабых ветров нецелесообразно.

Второй тип – вертикальные ветровые генераторы, имеют более простую конструкцию, и неприхотливы относительно скорости ветра. Минусом таких устройств является их малый коэффициент полезного действия. Любой из типов ветряков имеет существенный минус – это невысокое качество получаемой электроэнергии, что обязывает принять меры для устранения этого недостатка. В качестве компенсаторов используются стабилизирующие устройства, преобразователи и аккумуляторы.

схема горизонтального ветрогенератора

Конструкция стандартной ветряной электростанции имеет следующие компоненты:

ветряной двигатель;
элемент, направляющий двигатель по ветру;
редуктор;
генератор;
зарядное устройство;
аккумуляторная батарея;
инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный).

Если не углубляться в технические вопросы, процесс получения электроэнергии ветряными электростанциями можно описать следующим образом:

Перед установкой ветрогенератора в конкретном месте проводится ряд подготовительных мероприятий.
В данной местности изучается направление и сила ветра, и если место оказывается перспективным, решается вопрос о рентабельности возведения станции.

Выбор ветряной электростанции

Сейчас в каждом регионе нашей страны можно найти организации предлагающие ветряки для дома. Выбор в сторону того или иного устройства делается на основании потребностей потребителя электроэнергии. К примеру, для обеспечения электричеством здания со множеством разнообразных потребителей электроэнергии потребуется мощная установка.

Для того чтобы сделать возможной работу сельскохозяйственной техники, достаточно будет запроектировать генератор малой мощности. В любом случае расчет и монтаж систем, использующих возобновляемые энергетические ресурсы лучше всего доверить специалистам. Покупке конкретного типа ветряка предшествует тщательный анализ скорости ветра на участке.

Схема ветроэнергетической установки

Также необходимо учесть такие моменты, как среднегодовое потребление электроэнергии и пиковые нагрузки, а также ландшафт местности. Если в радиусе ста метров от ветряка находится постройка или, к примеру, дерево, то мачта должна иметь высоту, превышающую это препятствие на 10 метров. Можно, конечно, задрать ветряк еще выше, однако это будет экономически нецелесообразно.

Положительные стороны использования ветрогенераторов

Неисчерпаемость энергии ветра.
Более простое устройство и быстрая окупаемость, по сравнению с другими альтернативными источниками энергии.
Стабильное производство электроэнергии.
Экологическая безопасность.

Отрицательные стороны ветряков

Сколько стоят ветровые генераторы

Ветряки различаются в зависимости от используемой силы и скорости ветра. На рынке представлены различные агрегаты в широком ассортименте. Установка мощностью до 6 кВт может обеспечить электроэнергией магазин, кафе или даже маленькое сельскохозяйственное угодье.

Если есть потребность в обеспечении электроэнергией некрупного поселка, то мощность электростанции должна быть порядка 18 – 25 кВт.

В среднем, за простые ветряки для дома, поставщики попросят не меньше семисот тысяч рублей. Установки для решения более серьезных задач обойдутся гораздо дороже, три миллиона – это вполне реальная цена.

Малая ветроэнергетика

Как было сказано выше, ветряные электростанции очень шумные сооружения. Однако, существуют и такие варианты, которые подходят для тех мест, где высокий уровень шума недопустим. Небольшие объекты, такие как магазины, маленькие дома вполне могут быть обеспечены электроэнергией с помощью таких бесшумных установок.

Наиболее популярные варианты в настоящее время - это вертикальные модели, которые обладают следующими достоинствами:

бесшумная работа, исключающая вибрации;
защита от сильных порывов ветра;
защита от молнии;
способность подстраиваться под направление ветра.

Ветряки для дома можно легко установить своими руками, а также они просты в эксплуатации. Существует такой вариант домашних ветрогенераторов, как ветряк парусного типа. Возможно, он может отпугнуть кого-то своей внешней непривлекательностью, но зато его использование может быть оправдано даже при слабом ветре. Так же как и стандартные ветряки, такие агрегаты нейтральны в отношении загрязнения окружающей среды, стоят недорого и почти бесшумны.

Перспективы развития электрических станций, в которых используется энергия ветра

Говорят, что на наш век природных ресурсов хватит, однако, недалеко то время, когда альтернативная энергетика займет лидирующие позиции среди всех вариантов выработки электроэнергии. Уже сегодня во многих странах можно встретить ветряные электростанции для дома. В нашей стране альтернативная энергетика развивается медленными темпами, что можно объяснить плохим финансированием со стороны государства.

Также, медленное развитие в нашей стране обуславливается большими запасами более дешевых энергоресурсов. Как бы то ни было, потребители в нашей стране сталкиваются с высокими тарифами на энергию, особенно в отдаленных районах. Для таких мест альтернативные источники энергии очень уместны, так как зачастую централизованное энергоснабжение там вовсе отсутствует.
В защиту развития ветроэнергетики в России можно отметить тот факт, что наши территории располагают огромным ветроэнергетическим потенциалом. Крайний Север и Дальний Восток нашей страны можно отнести к самым ветреным зонам.

В некоторых регионах России очень активно используют энергию ветра, к примеру:

Чукотский АО.
Астраханская область.
Республика Башкортостан.
Республика Коми.
Калининградская область.
Ростовская область.
Мурманская область.

Как показывает практика, ветряные электростанции и другие альтернативные источники энергии как минимум в два раза менее эффективны, чем электростанции, использующие традиционные виды энергии. Следовательно, для того чтобы получить столько же электрической энергии необходимо возвести в два раза больше станций. Рассуждая в таком ключе, можно прийти к выводу, что имеет место огромный перерасход материалов и занимаемой площади, что негативно влияет на экологию.

ветряная электростанция в Калифорнии

Капиталовложения на возведение ветряков сравнимы с затратами на строительство атомной электростанции, с расчетом вырабатываемой мощности. Если говорить о себестоимости вырабатываемого киловатта электроэнергии, то вопреки убеждениям она ненулевая. Все из-за того, что существуют эксплуатационные издержки.

Можно сделать вывод, что возобновляемость энергии несколько условна, так как для строительства ВЭС используются невозобновляемые материалы, производство которых, кстати, далеко не экологично.

Развитие альтернативной энергетики, в которой используется энергия ветра, идет медленными темпами из-за огромной трудоемкости процесса изготовления оборудования, необходимости в больших площадях и нестабильности работы.

Как сделать ветряные электростанции своими руками

Не секрет, что стоимость ветряков очень высока, и не всем по карману.

Поэтому, все больше «кулибиных» предпринимают попытки сделать такие установки самостоятельно. Для того чтобы сделать ветряк своими руками понадобится:

Первым делом следует сварить крестовину ротора и ось. В тех случаях, когда вместо металла используется древесина, для прикрепления к оси необходимо использовать клей. Лопасти крепятся с помощью болтовых соединений на одинаковом расстоянии друг от друга. Когда барабан будет собран, стыки обрабатываются краской. Следующий этап это создание станины. Для этого понадобятся уголки и шарикоподшипники.

После того как нанесен еще один слой краски, нижний конец оси дополняется шкивами. Далее, необходимо зацепить ремень на шкив и подсоединить его к генератору. Такие самодельные ветряки обладают мощностью около 800 Вт, и рассчитаны на скорость ветра до десяти метров в секунду.

Домашние ветряки

Для обеспечения электроэнергией дома, в котором проживает семья из четырех человек, необходим ветряк мощностью 10 кВт как минимум. Больше подойдет вариант, предусматривающий несколько маломощных ветряных генераторов, объединенных в общую систему.
Для того чтобы ничто не могло повлиять на электроснабжение объекта, рекомендуют в одной системе использовать несколько типов альтернативных источников. В итоге получится, что если энергия ветра слаба, могут выручить солнечные батареи, ну а если и этого не хватит можно прибегнуть к помощи дизельного генератора.

Всегда очень привлекала идея автономного электроснабжения. У нас в дачном поселке часто бывают отключения электричества. Поэтому все чаще посещает мысль установить ветрогенератор. Статья помогла разобраться в этом вопросе детальней. Останавливает, главным образом, то, что данные установки очень шумные и создают помехи для телевизионных антенн.

Придумал ветряк принципиально новой конструкции. Ищу желающих воплотить вплоть до серийного-массового производства. Для начала изготовить один действующий и снять все характеристики. Все ветряки с 3 лопастями «получились», по сравнению с предлагаемым, - 3 %. Если интересно, с удовольствием буду сотрудничать.

Как сделать ветрогенератор или ветряк для дома своими руками

Виды ветрогенераторов для дома. Как выбрать ветряные электростанции, в зависимости от их цены и характеристик. Как сделать ветряк своими руками: пошаговая инструкция с фото и видео.

Ветрогенератор своими руками

Из этой статьи Вы узнаете, как изготовить несложный ветрогенератор своими руками в домашних условиях. Такая ветряная электростанция всегда пригодится в удалённых местах, где нет доступа к бытовой электрической сети, например, на удалённом дачном участке. Конечно, можно использовать бензиновый генератор, но рокот и дым от двигателя внутреннего сгорания вряд ли кому-то придётся по душе, и уж точно это не располагает к отдыху на природе. Кроме того, расходы на бензин будут весьма немаленькими.

Ветряная электростанция сможет заряжать аккумуляторные батареи для автономной работы не сильно мощной бытовой техники и освещения. Впрочем, куда именно тратить полученную энергию, решать Вам.

Выходное напряжение 220/380В.

Эта статья рассчитана на любителей в области конструирования ветрогенераторов своими руками, и поэтому в качестве конструкции выбрана максимально простая схема ветряной электростанции. Это будет относительно тихоходный самодельный ветряк (показатель быстроходности Z=3). Такая конструкция является надёжной и безопасной при работе.

Выбор мощности ветряной электростанции

Наверняка многим, кто читает эту статью, не захочется ограничиваться постройкой ветрогенератора для питания холодильника и освещения на даче, а сразу построить такую электростанцию, чтобы запитать ею не только аккумуляторные батареи, но и батареи отопления или бойлер для горячей воды. Но такая мощная электростанция будет чрезвычайно сложна в изготовлении, ведь усложнение конструкции с ростом мощности возрастает даже не в квадрате, а чуть ли не в кубе!

Как пример ветряной электростанции мощностью всего 2 кВт можно привести промышленный ветрогенератор W-HR2 международной компании AVIC (изображен на фото). Этот ветрогенератор номинальной мощностью 2 кВт имеет ротор диаметром 3,2 м с аэродинамически металлическими лопастями, прочную стальную башню высотой 8 м на массивном железобетонном фундаменте. Монтаж узлов производится при помощи автокрана. Очевидно, что расчет и изготовление подобного ветрогенератора сложно даже для отдельных специализированных фирм, и практически нереально силами одного человека непрофессионала для сооружения такого ветряка своими руками.

Таблица 1. Зависимость мощности ветрогенератора от количества лопастей и диаметра ветроколеса при скорости ветра 4 м\с

Диаметр ветроколеса при числе лопастей, м

В табл. 1 показано зависимость мощности ветроколеса крыльчатого типа от его диаметра и количества лопастей. Или другими словами, какой длинны нужно взять лопасти определённого ветроколеса, чтобы получить нужную мощность. Данные в этой таблице основаны на практических испытаниях эксплуатируемых ветрогенераторов, у которых КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) ветроколеса равен 0,35 (профиль среднего качества), КПД генератора имеет значение 0,8 и КПД редуктора - 0,9.

Для кого-то эти данные могут на первый взгляд показаться слишком завышенными. Так, для примера, из табл. 1 видно, что для постройки ветряной электростанции мощностью 500 Вт с тремя лопастями, диаметр ветроколеса должен быть равным 11,48 м. Но не стоит пугаться этой цифры, поскольку данные приведены для слабого ветра 4 м/с. Это обычный ветер для равнинной местности вдали от моря.

При этом с ростом скорости ветра мощность ветряной электростанции увеличивается. На рис. показано такую зависимость для электростанции номинальной мощностью 240 Вт. Из графика видно, что при минимальном ветре 4 м/с (при котором электростанция начинает работать), мощность составляет всего 30 Вт. Но мощность ветроэлектростанции пропорциональна скорости ветра в кубе. То есть при увеличении скорости ветра в два раза до максимальной рабочей скорости 8 м/с, мощность ветряной электростанции увеличивается в 2 3 =8 раз или с 30 Вт до полной мощности 240 Вт. При более высокой скорости ветра работа ветровой станции должна будет ограничиваться.

В целом, основываясь на практическом опыте можно заключить, что относительно несложный самодельный ветрогенератор будет иметь мощность в пределах 200-500 Вт. Это своего рода «золотая середина». Редко индивидуальным конструкторам удаётся собрать более мощный ветрогенератор своими руками, который реально будет работать.

Выбор конструкции ветроколеса

Ветряное колесо - самая важная часть ветрогенератора. Именно оно преобразует энергию ветра в механическую. И от его конструкции зависит выбор всех остальных узлов, например, генератора электрического тока.

Наверняка, всем хорошо знакома форма ветряных колёс старинных ветряных мельниц. Это как раз тот случай исключение, когда всё забытое старое не всегда хорошо. Такие ветроколёса ветряной мельницы имеют очень низкий КИЭВ порядка 0,10-0,15, что намного меньше КИЭВ современных быстроходных крыльчатых колёс, которое достигает 0,46. Всё потому, что низкие познания в аэродинамике старинных мастеров не позволяли им сконструировать более совершенную конструкцию.

На рисунке изображена работа двух типов лопастей: парусной (1) и крыльчатой (2). Для того чтобы сделать парусную лопасть (1), достаточно просто прикрепить листовой материал к оси, расположив под углом к ветру, то есть по аналогии с ветряными мельницами древности. Но при вращении такой лопасти она будет иметь значительное аэродинамическое сопротивление, которое возрастает с увеличением угла атаки. Также на её концах образуются завихрения, и за лопастью возникает зона пониженного давления. Всё это делает парусные лопасти неэффективными ветровыми движителями.

Гораздо более эффективной является лопасть крыльчатого типа (2). При такой форме лопасти, которая похожа на крыло самолёта, потери от трения и разрежения сведены к минимуму. Что касается угла атаки лопасти, то на практике установлено, что наиболее оптимальный угол составляет 10-12º. При более высоком угле атаки прирост мощности в результате более высокого давления ветра на лопасть не покрывается ростом аэродинамических потерь.

Конечно, есть много других интересных типов ветровых двигателей, например, вертикально-осевые роторы Савониуса или роторы Дарье. Но все они имеют более низкие коэффициенты использования энергии ветра при более высокой материалоёмкости (в сравнении с крыльчатыми колёсами). Например, установка с ротором Савониуса диаметром 2 метра и высотой 2 метра при тихом ветре 4 м/с будет иметь полезную мощность 20 Вт. Такую же мощность выработает шестнадцатилопастный крыльчатый винт диаметром всего 1 метр.

Поэтому мы не будем «изобретать велосипед» и сразу за основу возьмём конструкцию, где используются лопасти крыльчатого типа с горизонтальной осью вращения. Именно этот тип ветряного двигателя имеет максимальный КИЭВ при минимальном расходе материалов. Неудивительно, что такая конструкция используется почти в 99% всех действующих промышленных ветровых электростанциях.

Прежде всего, нужно выбрать число лопастей. Наиболее дешевыми являются двух- и трёхлопастные ветроколёса, но они являются быстроходными и обладают следующими недостатками:

Высокие рабочие обороты приводят к возникновении больших центробежных и гироскопических сил. Гироскопические силы нагружают ось генератора, крепления и мачту, а центробежные стремятся разорвать лопасти на части. Так, окружная скорость концов лопастей быстроходных двухлопастных ветроколёс нередко достигает 200 м/с и более. Для сравнения скорость пули, выпущенной из винтовки Бейкера 1808 г., равнялась 150 м/с. Таким образом, осколки разлетающегося сломанного винта могут ранить или даже убить человека. По этой причине никому не рекомендуется изготавливать лопасти высокоскоростных ветроколёс из пластиковой трубы. Для этих целей лучше подходит более прочная на растяжение древесина. Изготовление же лопастей из дерева весьма трудоёмкий процесс.

Известно, что чем быстрее вращаются лопасти, тем больше сила трения о воздух. Поэтому лопасти быстроходных ветроколёс гораздо более требовательны к аэродинамическому качеству изготовления. Даже небольшие погрешности сильно снижают КИЭВ быстроходных лопастей. Крайне нежелательно делать быстроходные лопасти вогнутыми, они должны иметь форму крыла самолёта. Изготовить же лопасти тихоходного винта гораздо проще для любителя. Нужно сильно «постараться», чтобы сделать лопасть для тихоходного винта из разрезанной трубы с КИЭВ хуже 0,3.

Быстроходные ветродвигатели издают сильный шум при вращении, ведь даже аэродинамически высококачественные лопасти при быстром вращении создают значительные зоны сжатий и разряджений воздуха, а кустарно изготовленные лопасти и подавно. Соответственно, чем больше окружная скорость и размеры лопасти, тем больше шум. Поэтому мощный быстроходный ветряк нельзя просто установить на крыше дома или в огороде при плотной застройке, иначе Вы рискуете просыпаться ночью от шума взлетающего вертолёта и испортить отношения с соседями в придачу.

Чем меньше лопастей у ветроколеса, тем больше вибрации. Поэтому ветроколёса с малым числом лопастей (2-3) будет труднее сбалансировать.

Учитывая все эти недостатки быстроходных ветроколёс, для более-менее мощного «ветряка» лучше выбрать число лопастей не менее 5-6.

Теперь основываясь на данных табл. 1, давайте прикинем, какой максимальной длинны лопасти подойдут для изготовления несложной электростанции. Очевидно, шестилопастный винт диаметром 2,5-3 м будет сложен в изготовлении. Представьте себе хотя бы процесс балансировки такого винта и его установку на мачту, которая в свою очередь должна быть довольно прочной, чтобы выдержать вес такого винта и аэродинамические нагрузки. А вот шестилопастный винт диаметром 2 метра или около того будет по силам энтузиасту для изготовления своими руками.

Возможно у кого-то возникнет соблазн, не посчитаться с затратой материалов и ещё больше увеличить количества лопастей для увеличения полезной мощности ветроустановки. Так, при числе лопастей двухметрового винта равным 12 мощность при «свежем» ветре (8 м/с) достигнет почти 500 Вт. Но такое дорогое ветряное колесо получиться слишком тихоходным, а значит, неизбежно потребует применения отдельного редуктора, что сильно усложнит конструкцию ветровой электростанции.

Таким образом, наиболее оптимальной является конструкция винта ветрогенератора диаметром 2 м и количеством лопастей равным 6.

Электрический генератор для ветряной электростанции

При подборе генератора электрического тока для ветроэлектростанции прежде всего нужно определить частоту вращения ветроколеса. Рассчитать частоту вращения ветроколеса W (при нагрузке) можно по формуле:

где V - скорость ветра, м/с; L - длинна окружности, м; D - диаметр ветроколеса; Z - показатель быстроходности ветроколеса (см. табл. 2).

Таблица 2. Показатель быстроходности ветроколеса

Показатель быстроходности Z

Если в эту формулу подставить данные для выбранного ветроколеса диаметром 2 м и 6 лопастями, то получим частоту вращения. Зависимость частоты от скорости ветра показано в табл. 3.

Таблица 3. Обороты ветроколеса диаметром 2 м с шестью лопастями в зависимости от скорости ветра

Скорость ветра, м/с

Число оборотов, об/мин

Примем максимальную рабочую скорость ветра равной 7-8 м/с. При более сильном ветре работа ветрогенератора будет небезопасной и должна будет ограничиваться. Как мы уже определили, при скорости ветра 8 м/с максимальная мощность выбранной конструкции ветроэлектростанции будет равна 240 Вт, что соответствует частоте вращения ветроколеса 229 об/мин. Значит, нужно подобрать генератор с соответствующими характеристиками.

К счастью, времена тотального дефицита «канули в Лету», и нам не придётся по традиции приспосабливать автомобильный генератор от ВАЗ-2106 к ветряной электростанции. Проблема в том, что такой автомобильный генератор, например, Г-221 является высокооборотным с номинальной частотой вращения от 1100 до 6000 об/мин. Получается, без редуктора наше тихоходное ветроколесо ни как не сможет раскрутить генератор до рабочих оборотов.

Делать редуктор к нашему «ветряку» мы не будем, и поэтому подберём другой тихоходный генератор, чтобы закрепить ветроколесо просто на валу генератора. Наиболее подходящим для этого является веломотор, специально разработанный для мотор-колеса велосипедов. Такие веломоторы имеет низкие рабочие обороты, и могут легко работать в режиме генератора. Наличие постоянных магнитов в этом типе двигателя будет означать отсутствии проблем с возбуждением генератора как в случае, например, с асинхронными двигателями переменного тока, у которых, обычно, используются электромагниты (обмотка возбуждения). Без подпитки током обмотки возбуждения такой двигатель не будет вырабатывать ток при вращении.

К тому же весьма приятная особенность веломоторов заключается в том, что они относятся к бесколлекторным двигателям, а значит, не требуют замены щёток. В табл. 4 представлен пример технических характеристик веломотора мощностью 250 Вт. Как видим из таблицы, этот веломотор отлично подойдёт в качестве генератора для «ветряка» мощностью 240 Вт и с максимальными оборотами ветроколеса 229 об/мин.

Таблица 4. Технические характеристики веломотора мощностью 250 Вт

Номинальное напряжение питания

Тип питания статора

Изготовление ветрогенератора своими руками

После того как приобретён генератор, можно приступать к сборке ветрогенератора своими руками. На рисунке изображено устройство ветроэлектростанции. Способ крепления и расположения узлов может быть иным и зависит от индивидуальных возможностей конструктора, но нужно придёрживаться размеров основных узлов на рис. 1. Эти размеры подобранны под данную ветряную электростанцию с учетом конструкции и размеров ветроколеса.

Устройство ветрянной электростанции

1. лопасти ветроколеса;

2. генератор (веломотор);

3. станина для закрепления вала генератора;

4. боковая лопата для защиты ветрогенератора от ураганного ветра;

5. токоприёмник, который передаёт ток к неподвижным проводам;

6. рама для крепления узлов ветряной электростанции;

7. поворотный узел, который позволяет поворачиваться ветрогенератору вокруг оси;

8. хвост с оперением для установки ветроколеса по ветру;

9. мачта ветрогенератора;

10. хомут для крепления растяжек

На рис. 1 изображены размеры боковой лопаты (1), хвоста с оперением (2), а также рычага (3), через который передаётся усилие от пружины. Хвост с оперением для поворота ветроколеса по ветру нужно изготовить по размерам на рис. 1 из профильной трубы 20х40х2,5 мм и кровельного железа в качестве оперения.

Крепить генератор следует на таком расстоянии, чтобы минимальное расстояние между лопастями и мачтой было не менее 250 мм. В противном случае нет гарантий, что лопасти, прогнувшись под действием ветра и гироскопических сил, не разобьются об мачту.

Изготовление лопастей

Ветряк своими руками обычно начинается из лопастей. Наиболее подходящим материалом для изготовления лопастей тихоходного ветряка является пластик, точнее пластиковая труба. Изготовить лопасти из пластиковой трубы проще всего - небольшая трудоёмкость и трудно ошибиться новичку. Также пластиковые лопасти в отличии от деревянных гарантированно не покорежатся от влаги.

Труба должна быть из ПВХ диаметром 160 мм для напорного трубопровода или канализации, например, SDR PN 6,3. У таких труб толщина стенки не менее 4 мм. Трубы для безнапорной канализации не подойдут! Эти трубы слишком тонкие и непрочные.

На фото изображено ветроколесо с разбившимися лопастями. Эти лопасти были изготовлены из тонкой ПВХ трубы (для безнапорной канализации). Они прогнулись от давления ветра и разбились об мачту.

Расчет оптимальной формы лопасти довольно сложный и нет необходимости его тут приводить, пусть им занимаются профессионалы своего дела. Нам же достаточно изготовить лопасти, используя уже рассчитанный шаблон по рис. 2, на котором изображено размеры шаблона в миллиметрах. Нужно просто вырезать такой шаблон из бумаги (фото шаблона лопасти в масштабе 1:2), далее приложить к трубе 160 мм, нарисовать контур шаблона на трубе маркером и вырезать лопасти с помощью электролобзика или вручную. Красными точками на рис. 2 изображено ориентировочное расположение креплений лопастей.

В итоге у Вас должно будет получиться шесть лопастей, формой как на фотографии. Чтобы полученные лопасти имели более высокий КИЭВ и меньше издавали шума при вращении, нужно сточить острые углы и края, а также отшлифовать все шершавые поверхности.

Для крепления лопастей к корпусу веломотора нужно использовать головку ветродвигателя, которая представляет собой диск из мягкой стали толщиной 6-10 мм. К нему приварены шесть стальных полос толщиной 12 мм и монтажной длинной 30 см с отверстиями для крепления лопастей. Диск крепится к корпусу веломотора с помощью болтов с контргайками за отверстия под крепление спиц.

После изготовления ветроколеса, его нужно обязательно отбалансировать. Для этого ветроколесо закрепляется на высоте в строго горизонтальном положении. Желательно, это сделать в закрытом помещении, где нет ветра. При сбалансированном ветроколесе лопасти не должны самопроизвольно поворачиваться. Если же какая-то лопасть тяжелее, её нужно сточить с конца до уравновешивания в любом положении ветроколеса.

Также нужно проверить вращаются ли все лопасти в одной плоскости. Для этого замеряется расстояние от конца нижней лопасти до какого-нибудь ближайшего предмета. Затем ветроколесо поворачивается и замеряется расстояние от выбранного предмета до других лопастей. Расстояние от всех лопастей должно быть в пределах +/- 2 мм. Если разница больше, то перекос нужно устранить, подогнув стальную полосу к которой крепится лопасть.

Крепление генератора (веломотора) к раме

Поскольку генератор испытывает большие нагрузки, в том числе и от гироскопических сил, его следует надёжно закрепить. Сам веломотор имеет прочную ось, поскольку используется при больших нагрузках. Так, его ось должна выдерживать вес взрослого человека при динамических нагрузках, возникающих при ездё на велосипеде.

Но на раме велосипеда веломотор крепится с двух сторон, а не с одной, как будет при работе в качестве генератора тока для ветряной электростанции. Поэтому вал нужно крепить к станине, которая представляет собой металлическую деталь с резьбовым отверстием для накручивания на вал веломотора соответствующего диаметра (D) и четырьмя монтажными отверстиями для крепления стальными болтами М8 к раме.

Желательно, использовать максимально большую длину свободного конца вала для крепления. Чтобы вал не прокручивался в станине, его нужно закрепить гайкой с контршайбой. Станину лучше всего изготовить из дюралюминия.

Для изготовления рамы ветрогенератора, то есть основы, на которой будут располагаться все другие детали, нужно использовать стальную пластину толщиной 6-10 мм или отрезок швеллера подходящей ширины (зависит от наружного диаметра поворотного узла).

Изготовление токоприёмника и поворотного узла

Если к генератору просто привязать провода, то рано или поздно провода перекрутятся при вращении ветряка вокруг оси и оборвутся. Чтобы этого не произошло, нужно применить подвижный контакт - токоприёмник, который состоит из втулки, изготовленной из изоляционного материала (1), контактов (2) и щёток (3). Для защиты от осадков контакты токоприёмника должны быть закрыты.

Для изготовления токоприёмника ветрогенератора удобно использовать такой способ: сначала на готовом поворотном узле размещаются контакты, например, из толстой латунной или медной проволоки прямоугольного сечения (используется для трансформаторов), контакты должны быть уже с припаянными проводами (10), в качестве которых нужно использовать одно- или многожильный медный провод сечением не менее 4 мм 2 . Контакты накрываются пластиковым стаканчиком или другой ёмкостью, закрывается отверстие в опорной втулке (8) и заливается эпоксидной смолой. На фото использована эпоксидная смола с добавкой двуокиси титана. После затвердевания эпоксидной смолы деталь стачивается на токарном станке до появления контактов.

В качестве подвижного контакта лучше всего использовать медно-графитовые щетки от автомобильного стартёра с плоскими пружинами.

Для того чтобы ветряное колесо ветрогенератора могло поворачиваться по ветру, необходимо обеспечить подвижное соединения рамы ветродвигателя с неподвижной мачтой. Подшипники располагаются между опорной втулкой (8), которая через фланец соединяется с трубой мачты с помощью болтов и муфтой (6), которая приваривается дуговой сваркой (5) к раме (4). Чтобы облегчить поворот, нужен поворотный узел с использованием подшипников (7) с внутренним диаметром не менее 60 мм. Лучше всего подойдут роликоподшипники, которые лучше воспринимают осевые нагрузки.

Защита ветряной электростанции от ураганного ветра

Максимальная скорость ветра, при которой может эксплуатироваться данная ветряная электростанция, составляет 8-9 м/с. Если скорость ветра больше, работа ветряной электростанции должна ограничиваться.

Конечно, этот предлагаемый тип ветряка для изготовления своими руками тихоходный. Вряд ли лопасти раскрутятся до чрезвычайно высоких оборотов, при которых они разрушаться. Но при слишком сильном ветре давление на хвост оперения становится очень значительным, и при резком изменении направления ветра ветрогенератор будет резко поворачиваться.

Учитывая же, что лопасти при сильном ветре быстро вращаются, то ветроколесо превращается в большой тяжелый гироскоп, который противится любым поворотам. Именно поэтому между рамой и ветроколесом возникают значительные нагрузки, которые сосредотачиваются на валу генератора. Известно много случаев, когда любители строили ветрогенераторы своими руками без какой-либо защиты от ураганно ветра, и у них из-за значительных гироскопических сил ломались прочные оси автомобильных генераторов.

Кроме того, шестилопасное ветроколесо диаметром 2 м обладает значительным аэродинамическим сопротивлением, и при сильном ветре будет значительно нагружать мачту.

Поэтому, чтобы самодельный ветрогенератор служил долго и надёжно, а ветроколесо не свалилось на голову прохожим, необходимо защищать его от ураганных ветров. Проще всего защитить ветряк с помощью боковой лопаты. Это довольно простое устройство, которое хорошо зарекомендовало себя на практике.

Работа боковой лопаты заключается в следующем: при рабочем ветре (до 8 м/с) давление ветра на боковую лопату (1) меньше жесткости пружины (3), и ветряк устанавливается приблизительно по ветру с помощью оперения. Для того чтобы пружина не складывала ветряк при рабочем ветре более чем это нужно, между хвостом (2) и боковой лопатой натянута растяжка (4).

Когда скорость ветра достигает 8 м/с, давление на боковую лопату становится сильнее, чем усилие пружины, и ветрогенератор начинает складываться. При этом ветряной поток начинает набегать на лопасти под углом, что ограничивает мощность ветроколеса.

При очень сильном ветре ветряк складывается полностью, и лопасти устанавливаются параллельно направлению ветра, работа ветряка практически прекращается. Обратите внимание, что хвост оперения не связан с рамой жестко, а вращается на шарнире (5), который должен быть изготовлен из конструкционной стали и иметь диаметр не менее 12 мм.

Размеры боковой лопаты приведены на рис. 1. Саму боковую лопату, также как и оперение, лучше всего изготовить из профильной трубы 20х40х2,5 мм и стального листа толщиной 1-2 мм.

В качестве рабочей пружины можно использовать любые пружины из углеродистой стали с защитным цинковым покрытием. Главное, чтобы в крайнем положении усилие пружины равнялось 12 кг, а в начальном положении (когда ветряк ещё не складывается) - 6 кг.

Для изготовления растяжки следует использовать стальной велосипедный тросик, концы тросика загибаются в петлю, а свободные концы закрепляются восемью витками медной проволки диаметром 1,5-2 мм и спаиваются оловом.

Мачта ветрогенератора

В качестве мачты для ветряной электростанции можно использовать стальную водопроводную трубу диаметром не менее 101-115 мм и минимальной длинной 6-7 метров при условии относительно открытой местности, где на расстоянии 30 м не было бы препятствий для ветра.

Если же ветряную электростанцию невозможно установить на открытой площадке, то тут ничего не поделаешь. Нужно увеличивать высоту мачты так, чтобы ветроколесо было хотя бы на 1 м выше окружающих препятствий (домов, деревьев), иначе выработка электроэнергии ощутимо снизится.

Само основание мачты следует устанавливать на бетонную площадку, чтобы оно не продавливалось в размокшую почву.

В качестве растяжек нужно использовать стальные оцинкованные монтажные тросы, диаметром не менее 6 мм. Растяжки крепятся к мачте посредством хомута. У земли тросы крепятся к прочным стальным колышкам (из трубы, швеллера, уголка и т.д.), которые закопаны в землю под углом на полную глубину полтора метра. Ещё лучше, если они дополнительно замоноличенны у основания бетоном.

Поскольку мачта в сборе с ветрогенератором обладает значительным весом, то для ручной установки нужно использовать противовес, изготовленный из такой же стальной трубы, как и мачта или деревянного бруса 100х100 мм с грузом.

Электрическая схема ветряной электростанции

На рисунке изображена простейшая схема зарядки аккумуляторов: три вывода от генератора подключаются к трёхфазному выпрямителю, который представляет собой три диодных полумоста подключенных параллельно и объединённых звездой. Диоды должны быть рассчитаны на минимальное рабочее напряжение 50В и ток 20А. Так как максимальное рабочее напряжение от генератора будет равно 25-26 В, то выводы от выпрямителя подключаются к двух батареям на 12 вольт, соединённых последовательно.

При использовании такой простейшей схемы зарядка аккумуляторов протекает следующим образом: при низком напряжении менее 22 В зарядка аккумуляторов происходит очень слабо, поскольку ток ограничивается внутренним сопротивлением аккумуляторов. При скорости ветра 7-8 м/с вырабатываемое напряжение генератора будет в пределах 23-25 В, и начнётся интенсивный процесс зарядки аккумуляторов. При более высокой скорости ветра работа ветрогенератора будет ограничиваться боковой лопатой. Для защиты аккумуляторных батарей (при аварийной работе ветряной электростанции) от чрезмерного сильного тока в схеме должен быть плавкий предохранитель, рассчитанный на максимальный ток 25 А.

Как видите, эта простая схема имеет значительный недостаток - при тихом ветре (4-6 м/с) аккумуляторная батарея практически не будет заряжаться, а ведь именно такие ветра чаще всего встречаются на равнинной местности. Для того чтобы подзаряжать аккумуляторные батареи при несильном ветре, нужно использовать контроллер заряда, который подключается перед аккумуляторными батареями. Контроллер заряда будет автоматически преобразовывать необходимое напряжение, также контроллер более надёжен, чем плавкий предохранитель и предупреждает перезаряд аккумуляторов.

Чтобы использовать аккумуляторные батареи для питания бытовой техники рассчитанной на переменное напряжение 220 В, понадобится дополнительно инвертор для преобразования постоянного напряжения 24 В соответствующей мощности, которая подбирается в зависимости от пиковой мощности. Например, если Вы будете подключать к инвертору освещение, компьютер, холодильник, то вполне достаточно инвертора рассчитанного на 600Вт, если же планируете хоть изредка дополнительно пользоваться электродрелью или дисковой пилой (1500 Вт), то следует выбрать инвертор мощностью 2000 Вт.

На рисунке показано более сложную электрическую схему: в ней ток от генератора (1) сначала выпрямляется в трехфазном выпрямителе (2), далее напряжение стабилизируется контроллером заряда (3) и заряжает аккумуляторные батареи на 24 В (4). Для питания бытовых приборов подключается инвертор (5).

Токи от генератора достигают десятки ампер, поэтому для соединения всех приборов в цепи следует использовать медные провода общим сечением 3-4 мм 2 .

Желательно ёмкость аккумуляторных батарей взять не менее 120 а/ч. Общая емкость батарей будет зависеть от средней интенсивности ветра в регионе, а также от мощности и частоты подключаемой нагрузки. Более точно необходимая ёмкость будет известна в процессе эксплуатации ветряной электростанции.

Уход за ветряной электростанцией

Рассмотренный тихоходный ветрогенератор для изготовления своими руками, как правило, хорошо запускается при слабом ветре. Для нормальной работы ветрогенератора вцелом нужно придерживаться таких правил:

1. Через две недели после запуска опустить ветрогенератор при слабом ветре и проверить все крепления.

2. Не менее чем два раза в год смазывать подшипники поворотного узла и генератора.

3. При первых признаках разбалансировки ветроколеса (дрожание лопастей при вращении в установившемся по ветру положении) ветрогенератор следует опустить и устранить неисправность.

4. Раз в год проверять щетки токоприёмника.

5. Красить металлические детали ветряной электростанции один раз в 2-3 года.

Ветрогенератор своими руками или как сделать самодельный ветрогенератор для дома

В статье ветрогенератор своими руками рассмотрены вопросы выбора мощности самодельного ветряка, выбора конструкции ветроколеса, изготовления лопастей, крепления генератора к раме, защиты от ураганного ветра, ухода и др.

Составляющие и принцип работы

С помощью инвертора ток из постоянного преобразуется в переменный. Затем он используется в быту и распределяется в доме.

Основными составляющими системы являются:

генератор;
лопасти;
мачта;
контроллер;
аккумуляторная батарея;
инвертор;
автоматический переключатель источника питания.

Составляющие ветрогенератора

Генератор

Лопасти

На мощность турбины влияет размер этих деталей.

При расчете для установки в доме, фиксируют потребление электричества в месяц. Умножают эту цифру на 12. При потреблении дома в 3600 кВт (300 в месяц) в регионе со средним значением – 5 м/с необходимо использовать длину не меньше 4 м.

AOE = (V3*D2)/7000 (кВт)

D – диаметр ветроколеса ротора,

AOE – сумма потребляемой энергии в год,
V – средняя скорость ветра в регионе.

В таблице представлены данные по расчетам:

		Скорость ветра м/с
		1	2	3	4	5	6	7
диаметр лопастей (м)	2	0,0005714	0,0045714	0,0154286	0,0365714	0,0714286	0,1234286	0,1960000
	3	0,0012857	0,0102857	0,0347143	0,0822857	0,1607143	0,2777143	0,4410000
	4	0,0022857	0,0182857	0,0617143	0,1462857	0,2857143	0,4937143	0,7840000

Турбина производительностью до 700 Ватт в месяц, с начальной скоростью ветра 2,5 м/с, и номинальной – 8, может выработать 120 кВт электричества при средней скорости - 6. Размер лопастей - 2,7 метра, количество - 3 шт. А налог при мощности от 0-1600 Вт даст месячную выработку в 230 кВт.

Мачта

Лучше всего для мачт подходят металлические жесткие трубы с сечением не меньше 11 см. Их устанавливают высотой от 5 до 7 м. При установке мачты из стальной трубы, необходимо сделать фундамент с диагональю вдвое превышающую высоту мачты. Для растяжек используют тросы не меньше 6 миллиметров в толщину с оцинковкой.

Контроллер

Аккумуляторы

Инвертор

Инверторы подразделяются на четыре вида:

трехфазный,
сетевой,
чистая синусоида,
модифицированная синусоида.

Трехфазный преобразует ток с напряжением 380 Вольт, подходит для использования оборудования на производстве. Сетевой инвертор позволяет установки работать без аккумуляторной батареи, однако стоимость такого инвертора в разы превышает даже стоимость самой ВЭУ.

Автоматический переключатель источника питания

АВР используют, если в электросети задействованы также , генераторы топлива, общественная сеть, другие альтернативные источники питания. Эта установка переключает источники питания, если один из них недоступен. Он может работать только с одним источником.

Виды ветряных электростанций

В бытовом использовании более важными являются типы конструкций:

По количеству лопастей разделяют на двух, трёх и многолопастные ветрогенераторы.
По направлению оси вращения разделяются на вертикальные или горизонтальные. Преимуществом вертикальных является повышенная устойчивость конструкции. Преимуществом горизонтальных является большая выработка энергии.
Также разделяют по управлению шагом лопасти. Изменяемый позволяет регулировать диапазон рабочей скорости вращения крыльев. Но конструкция с таким типом дороже, тяжелее. Для использования в домашних условиях лучше брать с фиксированным шагом.
По типу изготовления материалов крыла бывают парусные или жесткие. Первые стоят дешевле, их проще изготовить самому, однако прочность их меньше, чем у жестких. Вторые изготавливают в основном из металла, пластика, стеклопластика. Такие лопасти служат дольше, и не требует частой замены. Если в районе ветра сильные, использовать парусные нерационально.
Спиралевидные. Недавно разработаны технологии, в которых используются спиралевидные, известные как ротор Онипко. Принцип их конструкции позволяет снизить шум, а также получить выработку энергии на самых низких высотах при минимальных потоках. Особая конструкция спиралевидной формы также позволяет избежать столкновения с птицами – частой проблемой ветряков. За счет увеличенной площади контакта с ветром, у спиральной конструкции появляется эффект увеличения и усиления мощности. Хвостовой стабилизатор отсутствует, поскольку ротор улавливает поток воздуха самостоятельно на горизонтальной оси. Могут изготавливаться из различных материалов (пластик, металл и др.). В Голландии подобные решения уже испытывают, турбина называется LiamF1. Они очень практичны в условиях небольшой скорости ветра. Такие конструкции могут вырабатывать от 125 до 200 кВт в месяц на максимальной мощности. Их размер не превышает полтора метра в диаметре, может быть поставлен на крыше дома или мачте. При этом показатель шума не превышает 45 децибел. Такая конструкция будет уместна, как дополнительный источник энергии в небольших городах с преимущественно низкими постройками.

Что нужно учесть при выборе

Ветрогенераторы часто используют как дополнительный источник энергии, в домах с установленной солнечной батареей. В комплексе два этих источника могут полностью обеспечить автономной энергией частные дома.

Устройство ветрогенератора

Цены

0,5 кВт – 40-90 тыс. руб.,
1 кВт – 92-113 тыс. руб.,
2 кВт – 111-150 тыс. руб.,
3 кВт – 125 -195 тыс. руб.,
5 кВт – 282- 285 тыс. руб.

Замечания при строительстве своими руками

Важно учитывать расчёты указанные выше. Детали годятся из трубы ПВХ - доступны в любом строительном магазине, зачастую берут трубы для водоотведения канализации.

Для изготовления электронных схем необходимы специальные знания, поэтому при отсутствии таковых следует купить контроллер и аккумуляторы. При необходимости также можно , этот прибор будет отслеживать напряжение, выходящее из ветрогенератора и поступающее на батарею. Электроника требует защиты от дождя и ветра. Лучше использовать удлинитель и перенести этот блок в защищенное место.

Устанавливать или нет

В условиях домашнего использования в средней полосе, где показатели ветра в среднем 4-6 м/с нужно учитывать ближайшие постройки. В деревне, где постоянно происходят перебои с электричеством, можно рассматривать ветряки как дополнительные станции.

Генераторы от автомобиля нуждаются в перемотке катушек.
Любую мачту необходимо устанавливать на фундамент, поскольку она имеет большую массу и будет подвержена серьезным нагрузкам. Фундамент мачты должен быть не менее 1 м глубиной.
Изготавливая лопасти самостоятельно важно проверить балансировку. Если крыло тянет вниз, его можно сточить или отшлифовать.
При шторме или урагане должен быть предусмотрен механизм торможения. Чтобы конструкция не пострадала.
Аккумуляторы выбираются согласно потреблению и расходу электричества в доме. В день затишья помещение не должно остаться без питания.
Для долгого срока службы профилактика смазки подшипников необходима раз в 6 месяцев.
После первых двух недель использования агрегата, обязательно проверяют крепеж и натяжения , поскольку при работе детали имеют свойство расшатываться, следует снять конструкцию проверить и закрепить заново.

Ветрогенератор – хорошая задумка для загородного дома. Он экономит элекроэнергию и не вредит окружающей среде. Раньше ветряной генератор для жилого коттеджа был диковинкой, инновацией, но сейчас встречается довольно часто.

Для выбора ветрогенератора необходимо понять, что это вообще такое, каких видов встречается и что нужно для их окупаемости и правильной работы. Наверняка вы уже видели сюрреалистичные фото ветрогенератора в интернете или кадры из фильма и заинтересовались этим прекрасным источником альтернативной энергии.

Давайте рассмотрим, как работает ветрогенератор. Воздушный поток вращает лопасти ротора, зафиксированного на валу самого ветрогенератора. В его обмотке и происходит генерация электрического тока. Электроэнергия скапливается в аккумуляторах и затем подается в обслуживаемый частный дом.

Устройство ветрогенератора

Контроллер, который находится после генератора, преобразует трехфазный переменный ток в постоянный. Контроллер отвечает за управление током во всей электрической цепи, может переключать его для зарядки аккумуляторов.

Затем ток попадает на инвертор, где из постоянного преобразуется в переменный. Все это приводит к незначительным энергопотерям – около 20%

Комплектация ветрогенераторов для дома

Ротор. Делятся на двух-, трех- и многолопастные;
Редуктор. Регулирует с какой скоростью вращается ротор;
Аккумулятор. Сбор или расход энергии;
Инвертор. Преобразует ток из постоянного в переменный;
Кожух. Защищает ветряк от негативных природных факторов;
«Хвост». Необходим, чтобы поворачивать ветрогенератор в сторону движения ветра;

Как рассчитать эффективность ветрогенератора

Ветер – переменчивое явление и зависит от природных условий и особенностей климата. Иногда он дует очень сильно, а в другой момент практически нулевой. Поэтому сначала стоит понять, нужен ли вообще ветряк в данном месте, рентабелен ли он.

Необходимо знать среднюю за год скорость ветра в изучаемом месте. Если она окажется меньше 4 м/с, то покупать ветроэлектростанцию не стоит, это не окупит своих вложений. Если же ветра достаточно, необходимо правильно выбрать мощность установки.

Посчитаем среднее потребление электроэнергии для одной семьи. Примерное значение будет 100-300 киловатт за месяц. При среднегодовой скорости ветра в регионе 5-8 метров в секунду нужен ветрогенератор мощность до 3 кВт. Зимой, когда ветер будет сильнее, производство электроэнергии усилится.

От мощности и КПД ветрогенераторов будет зависеть их стоимость. Она колеблется от 2000 до 8000 долларов за 1кВ электроэнергии. В эксплуатации ветряк экономичнее бензинового генератора.

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения оптимально размещать на уровне 25 – 35 метров над землей. Вертикальные ветрогенераторы можно размещать на поверхности земли.

Вертикальные ветряные установки размещать достаточно легко, чего нельзя сказать о горизонтальных. Эти установки нуждаются в специальных мачтах, которые крепятся растяжками и стоят на фундаменте.

Установка мощного ветрогенератора осуществляется с помощью крана. Это достаточно трудоемкий процесс, поэтому ветряки для жилых домов предпочитают делать без мачт. Дешевле всего обходятся ветрогенераторы с вертикальной осью вращения. Они хорошо функционируют даже если ветер слабый.

Эти установки относительно новые и пока можно говорить только о низкой стоимости, низком уровне шума и, к сожалению, низкой эффективности.

Мачта для ветрогенератора легко изготавливается самостоятельно. Но остальное оборудование должно быть фабричным. Конечно, есть мастера с «золотыми руками», которые делают ветряки из старой техники.

Материалом служат и электродвигатели, и генераторы от автомобилей, и даже колеса от электровелосипедов. Но такие установки всегда получаются менее эффективными, чем заводские. И это ненадежно.

И еще следует знать, что чем больше лопасти и чем мощнее генератор, тем больше электроэнергии может производить установка. Это было бы хорошо, если бы не увеличивало стоимость. Поэтому прежде, чем начать разбираться в том, как выбрать ветрогенератор для дома, необходимо точно знать необходимую мощность.

Размещение и эксплуатация

Неизбежно возникнет вопрос: где же ветряк будет установлен? Вот пункты, которые необходимо учесть:

В идеале ветрогенератор следует устанавливать выше уровня земли
Поблизости не должно быть сооружений, деревьев и всего, что снижает производительность
Хорошо, если ветроустановка будет отдалена от жилых домов на несколько десятков метров. Ветрогенераторы не просто шумные, они еще и издают инфразвук, что ощущается как низкий гул.

Как подключить ветрогенератор к сети

В России, с ее долгой зимой и постоянными ветрами, отдают предпочтения вертикальному ветрогенератору. Схема подключения ветрогенератора достаточно простая: его устанавливают на земле или низкой мачте.

Ветрогенератор можно и сразу подключить к бойлеру, минуя инвертор и аккумуляторы. Все это легко выполнить самостоятельно.

Минусы ветрогенераторов

Проблемы в эксплуатации
Ветрогенераторы довольно шумные
Порывистый ветер и обледенение могут повредить детали ветрогенератора
Ветрогенератор требует регулярного обслуживания и замены деталей
Мачту обязательно нужно заземлить и поставить на нее молниеотвод
На ней также обязательно необходима сигнальная лампочка для малой авиации

Преимущества ветряных установок

Не требуют платы за используемые источники энергии;
Достаточно автономны;
Ветряная установка может эксплуатироваться в большинстве регионов;
Долговечны, не требуют частых замен и ремонта;

Альтернативная энергетика активно развивается и уже сейчас понятно, что у ветрогенераторов большое будущее. Они полностью автономны, не требуют невозобновляемых источников энергии и не загрязняют окружающую среду. Когда-нибудь частный жилой дом с ветряной установкой и солнечными панелями будет выглядеть вполне обыденно.

Фото ветрогенераторов для дома

Подробности Опубликовано: 03.11.2015 20:46

Рост цен на электроэнергию вынуждает многих пользователей задуматься – как можно сэкономить , и есть ли разумная альтернатива потреблению энергии из общей сети? Для многих выходом из положения становится покупка или строительство собственными руками ветряка для дома. Тем более, что современные ветрогенераторы являются не только эффективным методом обеспечения электроэнергией удаленных от центральных сетей населенных пунктов, но и способом существенно снизить затраты на коммунальные услуги и сделать свое домохозяйство более энергонезависимым.

Давайте рассмотрим, какой именно ветрогенератор лучше подобрать для дома, на какой объем энергии мы можем рассчитывать и что нужно знать для его установки.

Разновидности ветряков

Ветрогенераторы (еще их называют ветрогенераторными установками, ветровыми электрогенераторами, ветростанциями, просто ВЭУ, ветряными станциями и т.п.) - это, по своей сути, ветровые электростанции (ВЭС). Так называют ветровую электроустановку, оборудование и сооружения которой функционально связаны между собой и образуют единый комплекс, который производит электроэнергию из кинетической энергии подвижных воздушных масс. Проще говоря, это системы, которые позволяют использовать ветер в качестве источника возобновляемой энергии.

Необходимо помнить, что разреженность воздуха также влияет на работу ветроустановки, однако при действии постоянных ветров, например, на морском побережье, этот недостаток не является существенным. Важно иметь ввиду, что работа домашних ветряков влияет на телевизионную сеть и может вызывать помехи для приемной антенны.

Устройство ветряка и состав оборудования ветровой электростанции, изображение ataba.com.ua

Если в районе расположения ВЭС преобладают слабые ветра, оптимальным решением станет объединение нескольких установок в сеть с общим аккумуляторным узлом. В противном случае, необходимо настроить работу ветряков так, чтобы каждое отдельное устройство обслуживало свою «долю» нагрузки, а для экономии электроэнергии, следует распределить потребителей в доме: разной группе бытовых приборов должна соответствовать определенная силовая линия.

Как подсказывает опыт многих европейских стран, для многоквартирных домов целесообразнее установить несколько ветряков (пример ) небольшой производительности, которые будут генерировать электроэнергию и сохранять ее в общий аккумулятор, чем приобретать одну крупногабаритную ветроустановку.

Как подсчитать мощность ветрогератора для дома

Для ориентировочного расчета мощности домашней ВЭС нужно вычислить среднемесячное потребление электроэнергии, учитывая перечень всех используемых бытовых электроприборов, их мощность и время работы (таблица, которая показывает среднее потребление бытовой техники, находится ). Стоить отметить, что чаще всего в магазинах продаются ветровые электростанции для частного пользования мощностью от 2 до 10 кВт.

На многих информационных ресурсах указывается, что для полноценного обеспечения бытовых нужд семье из 3 - 4-х человек потребуется мощность ветрогенератора не менее чем 10 кВт. Однако в каждом конкретном случае, нужно исходить из определенных энергопотребностей, которые могут быть достаточно индивидуальным показателем.

Одним из дополнительных положительных моментов использования ветряков в домашних условиях является также возможность продажи избытков электроэнергии государству. О том, как поставлять «лишнее» электричество в центральную электросеть и подробную информацию об актуальных на сегодня «зеленых» тарифах можно найти в .

Не стоит забывать о безопасности: удары молний, результатом попадания которых может стать возгорание ветряка, обледенение лопастей, недостаточная прочность несущих конструкций или фундамента ветроустановки – могут нанести ущерб не только самому устройству, но и причинить вред здоровью человека. Поэтому, не лишним будет позаботиться об оснащении генератора различными защитными системами.

В конечном счете, при выборе типа ветрогенератора, поисках проверенного производителя, расчетах его мощности и решении других вопросов, может возникнуть множество «подводных камней», ответы на которые в полном объеме ни одна статья дать не сможет. К счастью, уже сегодня современные технологии позволяют установить ветряк где угодно, причем специальными техническими знаниями для этого обладать вовсе не обязательно, а эффективность и экологичность такого источника чистой энергии уже не вызывает сомнений. В любом случае, консультация с опытным специалистом станет мудрым решением.

Смотрите еще интересные материалы:

Please enable JavaScript to view the

Ветро-электрические установки (ВЭУ) преобразовывают энергию перемещения атмосферных масс, которая в той или иной мере имеется в наличии в любой точке земного шара, непосредственно в электричество. Именно на этом основывается положительный экономический и экологический эффект от использования ветровых турбин.

Преимущества ветровой энергетики

Современные технологические решения позволяют производить ветровые генераторы мощностью от нескольких КВт до сотен МВт . То есть ВЭУ могут обеспечивать электроэнергией, как целые промышленные районы, так и отдельные жилые коттеджи. Кроме чисто экономических преимуществ ветряная энергетика имеет еще одно неоспоримое преимущество – она оказывает значительно более низкое давление на экологию и биосферу Земли. Поэтому на авторитетном сайте «Альтернативная энергетика» (http://altenergiya.ru/) справедливо подтверждается глубокие мысли Вернадского В. В., высказанные еще в средине ХХ века:

…продажи ветряных электростанций небольшой мощности, которые способны использовать энергию ветра практически в любых регионах (даже там, где недостаточно силы ветра для промышленного использования), постоянно возрастают. Прогнозируется, что подобные альтернативные источники энергии будут применяться все шире, как в государственном, так и частном порядке, пока окончательно не вытеснят традиционную энергетику, основанную на органическом топливе

К экономическим плюсам бытовой ветряной энергетики (установки, мощностью 3 – 15 КВт) можно отнести следующие факторы:

Неисчерпаемость источника энергии;
Экологическая чистота энергии;
Быстрота возведения ветряной установки;
Короткий срок окупаемости капитальных вложений;
Не требуется специальных площадок для монтажа оборудования.

Недостатком небольших ВЭУ является практически один фактор — прямая зависимость вырабатываемой мощности от напора воздушного потока, который в большинстве регионов Земли не отличаются стабильностью. Поэтому для стабильного и качественного энергоснабжения бытовой техники требуется такое дополнительное оборудование, как аккумуляторы и полупроводниковые выпрямительные установки .

Изучение энергетического потенциала территории

Заглядывая в будущее ХХI столетие, безальтернативность пути развития ветровой энергетики очевидна. Потому в передовых странах проводятся исследования потенциала территорий на предмет использования их для возведения крупных ВЭУ.

Станции альтернативной энергетики обычно занимают большие площади. Соответственно в первую очередь обращается внимание на такие местности, которые даже в далекой перспективе не могут быть вовлечены в другую экономическую деятельность:

Пустыни;
Горные возвышенности;
Шельфовые зоны;
Прибрежные зоны морей и океанов, и другие.

В частности, на популярном интернет ресурсе windypower.blogspot.com/p/blog-page_8642.html дается такая информация:

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного-двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта

Мощности промышленных ветровых электростанций

Промышленные ВЭУ бывают самой разной мощности в зависимости от энергетического потенциала конкретной территории. Современные технологии позволяют массово производить даже не стандартизированное генераторное оборудование со сроком окупаемости 3 – 5 лет .

На сегодня самая крупная наземная ВЭС расположена на перевале Техачапи, что в Калифорнии. Ее полная мощность, соизмеримая с мощностью крупных тепловых электростанций, уже ныне составляет 1550 МВт . В дальнейшем планируется довести установленную мощность ВЭС АЛЬТА до 3000 МВТ. На ней используются ветровые турбины 1.5 и 3.0 МВт.

Державы, которые владеют большими шельфовыми зонами, активно развивают шельфовою ветроэнергетику. В этой области лидируют Дания и Великобритания. Такие ВЭУ устанавливаются в 10 – 50 км от берега в море с небольшими глубинами и отличаются большой эффективность, потому что там дуют постоянные морские ветра. Самой большой ВЭС среди эксплуатируемых в шельфовых зонах мира является великобританская станция London Array с рабочей мощность в 630 МВт.

Развиваются также такие экзотические типы ВЭС, как плавающие и парящие. Пока что это установки с одним или не большой группой генераторов мощностью по 40 – 100 КВт каждый. Но со временем планируется довести мощность агрегатов на плавающих электростанциях до 6.3 МВт. В частности к таким мощностям уже вплотную подошли датские и итальянские фирмы.

ВЭС для обеспечения электричеством коттеджей и объектов малого бизнеса и цены на них.

Для того, чтобы полностью покрыть нужды загородного дома, не большой фермы, ресторана или маркета, достаточно иметь установку мощностью в 20 или даже меньше КВт. Для жилого дома, например, номинальная мощность генератора выбирается с расчета 1КВт на 12 м2 площади, если зимняя температура не опускается ниже 18С при среднесуточной скорости ветра 6.3 м/с и более.

Стоимость электростанции для бытовых нужд и малого бизнеса зависит от номинальной мощности электрогенератора и составляет около 50 тыс. рублей на 1 КВт для ВЭС до 3 КВт, 40 тыс. рублей/КВт – для ВЭС до 10 КВт и около 30 тыс. рублей/КВт – для ВЭС свыше 10 КВт.

Окупаемость автономной электростанции составляет в пределах 5 – 7 лет, так 1 КВт установленной номинальной мощности генератора за год может выработать столько энергии, которая эквивалентна сжиганию 2 тонн высококачественного угля . В частности ВЭУ «ЭСО-0020» номинальной электрической мощностью 20 кВт, представленная на сайте «Учебные материалы ВГУЭС (http://abc.vvsu.ru/) имеет следующие параметры:

Себестоимость электроэнергии – 0.02 долл. / КВтч;
Годовая выработка эл. энергии — более 70000 КВтч;
Срок окупаемости – до 7 лет;
Срок службы – 20 лет.

Ветрогениратор с горизонтальной осью вращения.

Ветрогениратор с вертикальной осью вращения.

Необходимая мощность электрических ветряных мельниц

Небольшие ветрогенераторы для дома

Что такое ветряная электростанция для дома

Составляющие и принцип работы

Виды ветряных электростанций

Что нужно учесть при выборе

Замечания при строительстве своими руками

Устанавливать или нет

Ветрогенераторы для дома

Ветряные электростанции

Выбор ветряной электростанции

Положительные стороны использования ветрогенераторов

Отрицательные стороны ветряков

Сколько стоят ветровые генераторы

Малая ветроэнергетика

Перспективы развития электрических станций, в которых используется энергия ветра

Как сделать ветряные электростанции своими руками

Домашние ветряки

Ветрогенератор своими руками

Выбор мощности ветряной электростанции

Выбор конструкции ветроколеса

Электрический генератор для ветряной электростанции

Изготовление ветрогенератора своими руками

Изготовление лопастей

Крепление генератора (веломотора) к раме

Изготовление токоприёмника и поворотного узла

Защита ветряной электростанции от ураганного ветра

Мачта ветрогенератора

Электрическая схема ветряной электростанции

Уход за ветряной электростанцией

Составляющие и принцип работы

Генератор

Лопасти

Мачта

Контроллер

Аккумуляторы

Инвертор

Автоматический переключатель источника питания

Виды ветряных электростанций

Что нужно учесть при выборе

Цены

Замечания при строительстве своими руками

Устанавливать или нет

Устройство ветрогенератора

Комплектация ветрогенераторов для дома

Как рассчитать эффективность ветрогенератора

Размещение и эксплуатация

Как подключить ветрогенератор к сети

Минусы ветрогенераторов

Преимущества ветряных установок

Фото ветрогенераторов для дома

Как подсчитать мощность ветрогератора для дома

Преимущества ветровой энергетики

Изучение энергетического потенциала территории

Мощности промышленных ветровых электростанций

ВЭС для обеспечения электричеством коттеджей и объектов малого бизнеса и цены на них.

Видео