Ветрогенератор для частного дома: назначение и особенности конструкций

Ветряные электростанции для частного дома широко используются в качестве альтернативных источников электрической энергии, позволяющих добиться экономии. Нередко подобные устройства устанавливаются на дачных участках.

Ветрогенераторы используются в качестве альтернативных источников электрической энергии

Чаще всего они применяются в удаленных от основных электросетей зонах. Однако это далеко не единственная причина, свидетельствующая в пользу того, чтобы купить ветрогенератор для частного дома. Большинство владельцев земельных участков используют эти конструкции, чтобы добиться автономности и экономии.

Не каждый участок подходит для установки таких устройств, поскольку не везде условия соответствуют требованиям данного оборудования. В первую очередь это касается скорости ветра. Чтобы ветряная электростанция смогла нормально функционировать, средняя скорость ветра должна составлять не менее 4-4,5 м/с. Только в этом случае монтаж конструкции будет экономически оправдан.

Чтобы узнать среднегодовую скорость ветра, можно использовать карту ветров. Она отражает приблизительные данные по регионам. Более точные показатели можно получить, используя специальный прибор – анемометр, а также устройство для считывания его сигналов.

Обратите внимание! Устройство для измерения данных необходимо устанавливать очень высоко, иначе деревья и постройки будут искажать результат.

Для эффективной работы ветряка, зона его установки должна быть ветряной

Принцип действия и строение ветряного генератора

Ветрогенератор – особый вид оборудования, преобразующий кинетическую энергию ветра в механическую. Она приводит в движение лопасти ротора, установленного на генераторе. В результате этого в его обмотках создается переменный ток. Сгенерированная электрическая энергия накапливается в аккумуляторных батареях, откуда подается на бытовые приборы.

Описанная схема работы упрощена. Разумеется, устройство ветрогенератора гораздо сложнее. В энергетической цепочке также присутствует контроллер. Его функция заключается в преобразовании трехфазного переменного тока в постоянный. После чего он поступает на зарядку батарей.

Большая часть бытовой техники не способна питаться от постоянного тока. Поэтому в цепочке за аккумулятором устанавливается инвертор. Он преобразует постоянный ток в переменный, напряжение которого составляет 220В. Все эти операции отбирают часть исходной энергии – примерно 15-20%.

Подпитка здания может осуществляться не только от ветряной электростанции, но и от солнечных батарей, а также от бензинового или дизельного генератора. Если эти элементы присутствуют в цепочке, то схема дополняется еще одним компонентом – автоматическим выключателем. Когда отключается основной источник тока, он запускает резервные.

Принцип действия ветрогенератора

Ветряная электростанция состоит из следующих компонентов:

• ротора с лопастями (в зависимости от особенностей модели, лопастей для ветрогенератора может быть несколько, как правило, их 2 или 3, хотя существуют и многолопастные варианты);
• коробки передач или редуктора, осуществляющего контроль скорости между генератором и ротором;
• защитного кожуха, ограждающего детали конструкции от негативного влияния внешних факторов;
• «хвоста», обеспечивающего поворот конструкции вслед за направлением ветра;
• накопительной батареи, сохраняющей определенный запас энергии;
• инверторной установки, преобразующей один вид тока в другой.

Какую можно купить ветряную электростанцию: классификация оборудования

Существует несколько классификаций, согласно которым осуществляется разделение ветряных электростанций на группы:

1. По направлению вращательного движения лопастей – горизонтальные и вертикальные ветряки.
2. По количеству лопастей – двух-, трех- и многолопастные устройства.
3. По типу материала, используемого для производства лопастей – конструкции с парусными и жесткими лопастями.
4. По способу управления – ветряки с фиксированным или регулируемым шагом лопастей.

Внутреннее устройство ветрогенератора

Полезный совет! В большинстве случаев специалисты рекомендуют владельцам загородного жилья купить ветряк с фиксированным шагом лопасти, поскольку регулируемые устройства слишком сложны в эксплуатации.

Ветряная электростанция с горизонтальной осью размещается перпендикулярно по отношению к потоку воздуха. Конструкция имеет схожее строение и функционирует по тому же принципу, что и обычный флюгер. Ветряки с роторным генератором имеют высокий КПД, при этом они доступны в цене. В основе работы этих устройств лежит сопротивление воздушного потока.

Ветряки с вертикальной осью, или ортогональные ветрогенераторы, имеют компактную конструкцию, однако их цена значительно выше. Благодаря особому строению этот тип оборудования абсолютно независим от направления ветра. Лопасти имеют вид турбин, благодаря чему значительно снижается нагрузка на осевую часть. Купить вертикальный ветрогенератор будет целесообразно в тех случаях, если ветер на участке постоянно меняет свое направление.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций для дома

Как и любому другому виду оборудования, ветряным электростанциям присущи как преимущества, так и недостатки. Чтобы решиться на покупку этого устройства, желательно взвесить его сильные и слабые стороны.

Популярность использования ветряных электростанций обусловлена большим количеством преимуществ

Почему выгодно купить ветрогенератор (220В) для частного дома:

1. Отсутствие дополнительных затрат, поскольку для работы устройства не требуется топливо.
2. Нет необходимости в постоянном контроле. Конструкция вырабатывает электроэнергию самостоятельно каждый раз, когда дует ветер.
3. Относительно бесшумный и полностью экологичный способ добычи электроэнергии.
4. Устройство может использоваться практически в любых климатических условиях.
5. Износ деталей минимален.

Установка ветрогенератора для дома сопровождается следующими недостатками:

• затраты на приобретение оборудования окупаются через 5-6 лет;
• относительно небольшой показатель КПД, что отражается на мощности;
• высокая цена ветрогенераторов;
• чтобы компенсировать бездействие устройства в безветренные дни, требуется дополнительное оборудование: генератор и накопительная батарея (стоимость этих элементов очень высокая);
• в некоторых режимах ветряки для дома издают инфразвуки (то же самое происходит, если установка оборудования выполнена с ошибками);
• требуется регулярное проведение профилактических работ;
• ураган может серьезно повредить оборудование.

В зависимости от мощности прибора и карты ветров местности, ветряк может обеспечить электричеством как маленький дачный дом, так и большой загородный коттедж

Полезный совет! Обязательно нужно просчитать рентабельность перед тем как купить ветрогенератор для дома, цена оборудования может оказаться слишком высокой, и затраты на его приобретение не окупятся. Для этого необходимо вычислить средний показатель мощности дома (учитывается мощность всех электрических приборов), оценить местность, где будет устанавливаться оборудование, и выяснить, каково количество ветреных дней в году.

Мощность устройства

Во-первых, нужно определить, какой мощности ветряк требуется, с какими задачами и нагрузками он должен справляться.

Обычно альтернативные источники энергии устанавливают, как дополнительный, который только помогает основному энергоснабжению.

И агрегаты мощностью от 500 Вт – это уже неплохо.

Для отопления небольшого дома понадобится около 2-3 кВт.

Но мощность ветряка зависит от 2 факторов:

1. Диаметра лопастей.
2. Скорости ветра.

Желаемое соотношение можно определить по таблице для горизонтальных устройств (на пересечении скорости ветра и диаметра лопастей – мощность в ваттах).

Например, если чаще всего дуют ветра от 5 до 8 м/с, а нам нужно, чтобы ветряк выдавал 1,5 – 2 кВт, то нужно рассматривать конструкции диаметром от 6 м.

Целесообразность покупки: цены ветрогенераторов для частного дома

Стоимость ветряков для частных домов довольно высокая. Затраты на приобретение оборудования окупятся лишь в том случае, если местность располагает подходящими условиями.

Установка ветряной электростанции оправдана в следующих случаях:

• местность соответствует требованиям оборудования;
• для региона, в котором находится участок, характерны сильные ветры;
• отсутствует возможность в использовании других альтернативных источников электрической энергии.

В других случаях затраты на покупку ветрогенератора для дома не окупятся. Если же количество ветреных дней в году невелико, эти устройства можно дополнить солнечными батареями или же генераторами, работающими на дизеле или бензине.

В зависимости от типа конструкции, ветрогенераторы могут быть вертикальными или горизонтальными

Как повысить рентабельность ветряка для частного дома

Приморские районы, а также открытые площадки в горной местности идеально подходят для установки ветряного оборудования. В этих регионах скорость ветра составляет более 60-70 м/с. Жители этих районов могут полностью отказаться от центральных систем электроснабжения и перейти на ветряные станции. На равнинных территориях потоки ветра более равномерны, однако их силы недостаточно для того, чтобы полноценно обеспечить дом электричеством.

Крайне нежелательно устанавливать оборудование неподалеку от лесов и посадок. Деревья будут задерживать часть энергии, что снизит рентабельность ветряков. Мощность воздушного потока возрастает по мере удаления от земли. Значит, чем выше мачта ветряной станции, тем больший импульс устройство сможет захватить. С другой стороны, излишне высокая конструкция нуждается в дополнительном усилении. Сильным порывам ветра будет проще повалить ее, чем ветряки с мачтой, которая достигает отметки 5-7 м.

Специалисты рекомендуют устанавливать оборудование на высоте 10-15 м от земли. Закрепить подобную конструкцию можно двумя способами:

1. Путем бетонирования основы.
2. Используя металлические растяжки.

Наиболее эффективным для генерирования электроэнергии считается комбинирование ветряка и солнечных батарей

Чтобы забетонировать основу ветряка, потребуется выкопать четыре глубоких скважины с небольшим диаметром. В них погружаются растяжки мачты, после чего они заливаются цементным раствором. Этот процесс довольно трудоемкий и затратный, однако он отличается высокой надежностью. Даже при сильных порывах ветра мачта будет оставаться неподвижной. Единственный риск заключается в поломке лопастей.

Фиксация мачты с помощью растяжек предполагает использование металлического троса. Он натягивается до тех пор, пока ветряк не будет располагаться строго перпендикулярно по отношению к поверхности земли. После этого растяжки троса надежно закрепляются в грунте.

Важно! Ветряки с высокими мачтами нуждаются в заземлении.

Какой лучше купить ветрогенератор для дома: производители и стоимость

К выбору ветряной электростанции необходимо подходить основательно. Основными критериями выступают мощность оборудования, тип оси (горизонтальная или вертикальная), а также производитель. Перед покупкой необходимо тщательно изучить технические характеристики и сравнить продукцию разных производителей.

Цены ветрогенераторов российского производства:

Многие из этих организаций занимаются производством оборудования по индивидуальным заказам, а также оказывают помощь в проектировании и выполнении расчетов.

Цены ветряков для дома зарубежного производства значительно выше. Минимальная стоимость установок составляет 120 тыс. руб. Продукция зарубежных компаний отличается высоким уровнем качества благодаря использованию на производстве высокотехнологичного оборудования. Однако ремонт таких установок будет дорогостоящим, а покупка запчастей может сопровождаться сложностями.

Стоимость заводского ветряка российского производства может варьировать в пределах 30-600 тыс. руб.

Преимущества ветряков заводского производства:

• возможность приобрести устройство в полной комплектации и даже заказать его профессиональную установку;
• обширный выбор производителей и модификаций с различными характеристиками;
• гарантия качества;
• возможность вызова квалифицированного специалиста для осуществления ремонтных работ.

С учетом высокой стоимости заводского оборудования многие владельцы загородных участков отдают предпочтение конструкциям, изготовленным своими руками. На изготовление самодельного ветрогенератора уходит около 3000-5000 руб. Большая часть этой суммы тратится на покупку качественной аккумуляторной батареи, которая способна на протяжении длительного времени удерживать заряд.

Преимущества изготовленных своими руками ветряных электростанций:

• существенная экономия денежных средств;
• при создании самодельного ветряка конструктор будет знать все особенности его строения;
• возможность изготовить основные детали и лопасти для ветрогенератора своими руками из подручных материалов.

Самодельные конструкции, в отличие от заводских ветряных электростанций, выходят из строя гораздо чаще.

Обратите внимание! Для монтажа заводской конструкции лучше вызвать специалиста. В противном случае любая ошибка, допущенная в процессе установки, станет причиной потери гарантии.

Самодельные конструкции ветрогенераторов уступают по качеству и надежности промышленным моделям

Процесс изготовления ветряка

Для изготовления ветряка нужно вырезать из туристического газового баллона или трубы 200 мм 2 кольца шириной 10 и 25 мм.

Затем под них вырезается по заглушке из листовой стали. Эти диски ввариваются в кольца.

Деталь из широкого кольца нужно просверлить в центре под вал ветряка. Она послужит корпусом для статора.

Вторая заготовка будет использована для ротора. Ее необходимо разделить на 3 равные сектора, и на полученных линиях приваривать по 2 болта, чтобы крепить лопасти.

В центр детали ротора изнутри приваривается под прямым углом вал, на котором будет выполняться вращения. Его можно отрезать от якоря любого сгоревшего мотора.

Под вал ветряка подбирается 2 подшипника, или же их можно снять с мотора донора. Подшипники нужно запрессовать в отрезок трубки. Если нет трубы подходящего диаметра, то можно разрезать вдоль имеющуюся большую, сузить ее и заварить.

Эта трубка приваривается внутрь статора в центр. Затем в нее впрессовываются подшипники. После этого ротор и статор стыкуются между собой.

На наружную сторону статора приваривается отрезок трубки, которая послужит кронштейном для крепления к оси вращения вехи. Также к ней в дальнейшем будет закреплен хвост с хвостовой лопастью.

Статор и ротор разбираются обратно. Внутри последнего размещаются постоянные магниты. Их нужно расположить на 4 стороны по 4 шт. Каждая группа помещается с чередованием полярности.

Чтобы закончить статор, необходимо сделать 4 намотки медного провода по 300 витков. Полученные катушки укладываются в него, и спаиваются между собой последовательно. Их концы выводятся к проводу.

Ротор и статор заливаются эпоксидной смолой. После ее высыхания генератор уже способен выдавать электричество, даже при вращении от руки.

К трубе на краю статора нужно приварить крепление для направляющего хвоста ветряка и вехи. Далее генератор окрашивается.

Лопасти ветряка делаются из пластиковых полос, вырезанных из канализационной трубы. Они прикручиваются на профильные трубы, которые в свою очередь просверливаются с краю для соединения с ротором.

Генератор устанавливается на веху таким образом, чтобы свободно вращается по оси. Затем на него прикручиваются лопасти. Хвост для улавливания направления ветра делается из отрезка профильной трубы, а его лопатка из листового металла.

В ветреную погоду такой ветряк выдает достаточно много энергии. Он способен безопасно питать нетребовательные потребители напрямую. К примеру, к нему можно подключить ТЭН, даже если обороты ветряка небольшие. При сильном ветре от него будут работать даже слабенькие электродвигатели на 220В.

Как изготовить ветряк своими руками: технология и рекомендации

Эксплуатация самодельного устройства на участке может вызвать негодование со стороны соседей. Поэтому перед тем как сделать ветрогенератор своими руками, нужно позаботиться о соблюдении нескольких правил.

На все индивидуальные постройки налагаются ограничения по высоте. Установка ветряка с высотой мачты более 15 м запрещена, если поблизости от него находятся следующие объекты:

• туннели;
• мосты;
• аэропорты.

Ветряная установка не должна создавать эфирных помех. Чтобы предотвратить их появление, рекомендуется использовать специальную защиту. Кроме этого следует контролировать уровень издаваемого лопастями шума и держать его в пределах нормы.

Простейший самодельный ветрогенератор из пластиковых бутылок

Материалы, необходимые для изготовления вертикального ветрогенератора своими руками

Ветряную электростанцию с вертикальной осью можно использовать для того, чтобы обеспечить электрической энергией различные постройки хозяйственного назначения или небольшой садовый домик. Ее мощности хватит, чтобы подсветить придомовую территорию в темное время суток.

Для создания ветрогенератора своими руками из автомобильного генератора потребуются следующие материалы:

• аккумуляторная батарея на 12V (кислотная или гелиевая);
• вместительная емкость цилиндрической формы из алюминия или нержавейки (кастрюля, ведро);
• генератор автомобильный (12V);
• вольтметр;
• полугерметичная кнопка-выключатель (12V);
• автомобильное реле зарядки аккумуляторной батареи или контрольной лампы заряда;
• преобразователи (12-220V и 700-1500W);
• провода с размером сечения 2,5 и 4 мм;
• хомут для фиксации генератора на мачте (2 шт.).

Устройство ветрогенерирующей конструкции

Для выполнения работы потребуются такие инструменты и приспособления, как:

• болгарка (можно использовать ножницы по металлу);
• маркер или строительный карандаш;
• кусачки и рулетка;
• дрель с набором сверл;
• отвертка и набор ключей.

Технология изготовления ветрогенератора из автомобильного генератора

В качестве основы будет использоваться цилиндрическая емкость, например, ведро, старая выварка или кастрюля. Используя карандаш и рулетку, необходимо нанести на нее разметку, чтобы получилось разделение на 4 равные части. Согласно меткам делаются надрезы с помощью болгарки так, чтобы получились вертикальные пластины-лопасти. При этом очень важно не дорезать металл до конца.

Обратите внимание! Если емкость изготовлена из окрашенной жести или стали с оцинковкой, нельзя использовать болгарку для нарезки, иначе металл перегреется. В этом случае желательно использовать ножницы.

В шкиве, а также днище емкости следует выполнить отверстия для болтов. На этом этапе создания ветрогенератора для частного дома своими руками необходимо крайне внимательно и аккуратно отнестись к симметрии. Любые неточности в размещении отверстий приведут к дисбалансу конструкции во время вращения.

Для изготовления ветрогенератора своими руками можно использовать автомобильный генератор

Лопасти следует отогнуть, при этом они не должны слишком торчать наружу. Выполняя эту работу, необходимо учитывать направление вращательного движения генератора. Чаще всего ветряк ориентируют по часовой стрелке. От выбранного угла изгиба лопастей будет зависеть вращательная скорость и площадь контакта воздушных потоков с конструкцией.

Далее на шкиве закрепляется емкость с лопастями. Генератор устанавливается на мачту, после чего он фиксируется с помощью хомутов. Останется только соединить все провода и выполнить сборку цепи. Все кабели фиксируются на мачте ветряка. Для подключения накопительной батареи следует использовать провода с размером сечения 4 мм. Для этого достаточно будет отрезка длиной 100 см. Подключение в сеть бытовых и осветительных приборов осуществляется с помощью проводов с размером сечения 2,5 мм. Для инвертора или преобразователя требуется провод с сечением 4 мм.

Как сделать ветрогенератор из стиральной машины

Для создания своими руками ветрогенератора из стиральной машины потребуется список определенных деталей. Часть из них можно снять со старых бытовых приборов, а остальное придется купить.

Конструкция ветряка будет состоять из следующих элементов:

• редуктора для корректирования вращательной скорости;
• ротора с лопастями;
• защитного кожуха;
• накопительной батареи;
• хвостовой части;
• инвертора;
• мачты для фиксации генератора.

Ветрогенератор, изготовленный из деталей стиральной машины

Генератор конструкции изготавливается из электрического двигателя от стиральной машины. Его мощность должна составлять не менее 1,5 кВт.

Кроме этого потребуется:

• наждачная бумага и клеевой состав;
• неодимовые магниты по 5 и 12 мм (32 шт.);
• эпоксидная смола или холодная сварка.

Неодимовые магниты будут устанавливаться на ротор. Их можно приобрести во многих стационарных или интернет-магазинах. С ротора асинхронного мотора необходимо снять сердечники. После этого данные детали частично срезаются. Глубина реза не должна превышать 2 мм. Для этого можно использовать токарный станок. Далее в сердечниках необходимо выполнить пазы, глубина которых равна 5 мм.

На следующем этапе изготовления ветрогенератора для дома своими руками выполняется установка магнитов. Для начала на сердечник монтируется жесткое покрытие. После этого на соответствующие места на равном расстоянии ставятся магниты. Очень важно при этом соблюдать дистанцию, иначе в будущем магниты слипнутся, что негативным образом скажется на мощности ветряной электростанции. Для фиксации этих деталей лучше использовать суперклей. Во время работы желательно надеть защитные очки, поскольку магниты в процессе приклеивания могут отскакивать.

Расположение неодимовых магнитов при изготовлении самодельного ветряка

Когда шаблон с магнитами полностью готов, он укладывается на ротор. Образовавшиеся пробелы необходимо заполнить с помощью эпоксидной смолы или холодной сварки. По окончании работы ротор аккуратно зажимается в тисках, а его поверхность обрабатывается наждачной бумагой. Перед запуском ветряка следует проверить все подшипники и болтовые соединения на прочность. Не стоит использовать для сборки конструкции даже частично изношенные детали, лучше купить новые.

Для создания крыльчатки лучше выбрать легкий материал с высоким запасом прочности. Для этих целей подойдет стеклопластик. В результате лопасти получаются легкими и стойкими на износ. Мачту лучше изготавливать из стальных труб. Оптимальный размер диаметра составляет 32 мм.

Со сборкой ветряка может справиться любой человек, имеющий представление о том, как работают электрические цепи. Главное при этом – внимательно относиться ко всем деталям и тщательно проверять все свои действия. Чтобы исключить вероятность ошибок, можно воспользоваться наглядными видеоматериалами, где подробно описывается весь процесс изготовления деталей и их дальнейшей сборки.

Как изготовить ветрогенератор своими руками на 220В (4 кВт): видео

Генератор и закон: нужно ли оформлять ветряк официально

Ответ на этот вопрос будет зависеть от различных нюансов. Как такового официального разрешения на установку ветрогенератора не требуется, однако проблемой может стать зависть или обычная вредность соседей. Они могут пожаловаться на излишний шум, издаваемый лопастями и самим генератором, или на то, что двигатель создаёт помехи для радиоволн. Также «в позу» могут встать экологические службы, если, к примеру, ветряк будет мешать миграции перелётных птиц.

Ещё один нюанс, касающийся высоты мачты ветрогенератора. Если поблизости расположен аэропорт или лётная школа, то установка сооружений выше 15 м будет запрещена. В остальном никаких преград в установке ветряка на своём участке не существует.

Схемы подключения

Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами). Объект питается только от ветроэнергетической установки.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью.
АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потере питания от электросети.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и резервный дизель-(бензо-)генератор. В случае отсутствия ветра и разряде аккумуляторных батарей происходит автоматический запуск резервного генератора.

Ветрогенератор (без аккумуляторов) и коммутация с сетью. Общественная электросеть используется вместо аккумуляторных батарей – в неё уходит вся выработанная электроэнергия и из неё потребляется. Вы платите только за разницу между выработанной и потреблённой электроэнергией. Такая схема работы пока-что не разрешена в Украине и во многих других странах.

Применение ветряных электрогенераторов в домашних условиях

Исходя из вышеперечисленных факторов возникает вопрос: по какой причине в каждом доме не установить ветряк? Ответ состоит из двух основных пунктов:

• Цена. Стоимость устройств достаточной мощности очень велика. Например, стоимость агрегата мощностью 2 КВт и напряжением в 24 В составляет от 75000 руб.;
• Средняя сила ветра в большинстве регионах не достигает и 4 м/с.

Карта средней годовой скорости ветра в России

То есть использование ветряков, как основной источник энергии – нерационально. В стандартном доме, при одновременной эксплуатации всех бытовых приборов потребляется до 1 КВт в час, а при работе мощных электроинструментов, эта цифра возрастает, увеличивая требуемое напряжение в сети.

Чтобы обеспечить бесперебойное электрообеспечение, потребуется как минимум: совокупность трех ветряных агрегатов в 3 КВт, или одного с мощностью не менее 10 КВт; несколько аккумуляторов достаточной емкости; надежный контроллер и инвертор.

Монтаж всей системы обойдется минимум в 400000 рублей, и при непостоянной скорости ветра, этот способ электроснабжения теряет актуальность.

Наглядный пример схемы с устройством высокой мощности

Целесообразно применение собранных своими руками 220-вольтных ветряков, как альтернативный источник энергии. В совокупности с солнечными панелями, топливным генератором достаточной мощности или с центральной электросетью.

Важно! При совокупности источников необходимо включить в систему АВР (автоматическое включение резервного питания). Это устройство, контролирует подачу энергии,меняя источник питания.

Схема совокупности ветряка и городского электроснабжения

Электрическая система с применением трех источников

На чем основана ветровая генерация

Ветровая генерация – это способность получать электричество из энергии ветра. Ветрогенератор – это, по сути, солнечный генератор: ветра образуются из-за неравномерного прогрева поверхности Земли солнцем, вращения планеты и ее рельефа. Генераторы используют движение воздушных масс и преобразовывают его в электричество посредством механической энергии.

В среднем, один ветряк на 20 кВт может обеспечить электроэнергией один небольшой поселок.

Перед тем как приступить к изготовлению ветрогенератора, необходимо тщательно ознакомиться с инструкцией

На основе принципа ветрогенерации может быть построена как целая электростанция, так и возведены автономные устройства для обеспечения электричеством отдельных районов и даже домов. На сегодня, 45% всей энергии вырабатывается с помощью ветряных генераторов. Самая большая ветроэлектростанция находится в Германии, и каждый год производит до 7 млн. кВт энергии в час. Поэтому, все чаще, владельцы загородных домов в далеких регионах и селах задумываются об использовании ветровой энергии в бытовых целях. При этом, ветряки могут использоваться как единственный, так и дополнительный источник энергии.

Как определить скорость ветра: хватит ли его напора для бытового ветряка

Вопрос обсудим на основе научных фактов и уже допущенных ошибок многими владельцами частных домов

Теоретическая часть проекта: на что обратить внимание при выборе конструкции

Среднегодовое значение ветра для любой местности России или другой страны можно узнать на карте ветров. Эти данные имеются в широком доступе.

Если рассмотреть всю территорию, то мест для благоприятного пользования ветряной энергией со скоростью от 5 м/сек и выше у нас не так уж много, как в Европе.

Я объясняю эту ситуацию тем, что теплый воздух Гольфстрима, поднимаясь от нагретой воды, сразу устремляется в холодные районы. Чем выше перепад температур, тем больше его скорость.

Пройдя несколько тысяч километров над Европой, его сила слабеет. Наибольший перепад температур весной и осенью вызывает бури и ураганы.
Нам важно понимать, как определить скорость ветра правильно в своей местности.

Возьмем величину 5 м/сек за основу, и рассчитаем мощность ветрового потока для наиболее распространенного горизонтально расположенного осевого генератора.

Учтем, что его лопасти охватывают площадь круга S (м кв.) с диаметром D (м). Через нее проходит ветер со скоростью V (м/сек).

Ветровая энергия Рв рассчитывается по формуле:

Рв=V3∙ρ∙S

ρ — это плотность воздушной массы (кг/м куб.)

Если взять усредненные значения, например, площадь 3 м кв и плотность
воздуха 1,25 кг/м3, то ветер, дующий со скоростью 5 м/сек, способен создать мощность чуть меньше, чем 2 киловатта.

Теперь наша задача — определить, какая ее часть сможет преобразоваться в полезную электрическую энергию. Грубо ее можно оценить по процентному соотношению в 30÷40%. Конструкция и технологические характеристики ветряного колеса просто не позволят эффективно взять больше.

Более точное определение находят формулой, учитывающей:

• коэффициент ε, определяющий долю использования ветряной энергии конструкцией ветряка. Максимальная величина, создаваемая быстроходными конструкциями, составляет 40-50%;
• КПД редуктора —∙максимум порядка 90%;
• КПД генератора ≈85%.

Величины всех этих коэффициентов у разных моделей генераторов ветряков сильно отличаются между собой. Я привел значения для промышленных изделий. У самодельщиков они будут значительно ниже.

Если подставить все эти цифры, то даже для заводской конструкции ветрогенератора, сделанной по точным чертежам и на промышленных станках, мы сможем при скорости 5 м/сек и описываемой площадью лопастями винта 3 метра квадратных получить меньше 700 ватт электрической энергии.

Какую ее часть сможет взять самодельный ветряк, остается только догадываться.

Мировые производители ветрогенераторов указывают, что для того, чтобы вырабатывать 3 кВт электроэнергии, а это оптимальная величина для частного дома, необходимо:

• снимать с ветряного колеса порядка 5,1 кВТ;
• иметь диаметр ротора 4,5 метра;
• располагать ветряк на высоте от 12 метров;
• использовать ветер со скоростью 10 м/сек.

Колесо должно начинать вращать генератор уже на 2 м/сек. Только в этом случае можно говорить об окупаемости всей конструкции и эффективном использовании мощности ветра.

Если же скорость снизится, хотя бы до 7 м/сек, то энергия ветрогенератора упадет на 50%. А теперь еще раз внимательно посмотрите на карту ветров России…

Однако не все так плохо. Теоретические расчеты можно проверить на практике. Для нашего случая продажа предлагает многочисленные конструкции измерительных приборов — анемометры.

Стоят они не дорого, имеют дополнительные функции измерения температуры, указания текущего времени. Их можно заказать в Китае.

Такой анемометр позволяет реально оценить силу ветра на вашей местности, чтобы проанализировать варианты эксплуатации будущей ветроэлектростанции (ВЭС). А их минимум 2:

1. частичное удовлетворение потребностей в электроэнергии;
2. полный переход на альтернативную энергетику.

Скрытая ошибка — слабый ветер: что умалчивают продавцы

Первая трудность

Обратите внимание на высоту размещения ветряного колеса относительно земли. Подумайте, почему все промышленные ветряки располагают от 25 метров и более.

Ведь это значительно усложняет их установку, эксплуатацию, обслуживание, ремонт. Приходится применять дорогую высотную технику, создавать прочные площадки для ее размещения.

А ответ прост: на высоте от 25 метров скорость ветра намного выше, чем у земли. Все таблицы и справочники с картами ветров создаются в первую очередь для промышленных установок, поднятых в зону 50-70м.

Если вы смонтируете свой самодельный ветрогенератор на 10 метрах, то ветер будет дуть слабее, чем указано в справочнике. А на большую высоту без специальных технических средств поместить ветряк весьма проблематично.

Работу ветряного колеса вызывает не столько скорость передвижения воздушной массы, сколько ее давление на лопасти колеса. А оно зависит еще от веса и плотности атмосферы.

Альтернативные энергетики давно учитывают соотношение, определяющее, что удвоение давления ветра увеличивает в восемь раз вырабатываемую ветрогенератором мощность.

Как влияет зона турбулентности

Работу ветряка, расположенного на небольшой высоте, может значительно осложнять зона турбулентности, которая зависит не только от рельефа местности и формы возвышенности, но и от скорости перемещения воздушных масс.

Молниезащита ветрогенератора

Работающая крыльчатка постоянно трется о воздух, накапливая статическое электричество, как и фюзеляж любого самолета во время полета. Авиаконструкторы успешно решают этот вопрос различными способами.

Промышленные ветрогенераторы тоже снабжены действенной защитой от молнии, разряды которой могут возникнуть в любой момент грозоопасного периода.

Большинство же владельцев частных домов даже не задумывается об этой проблеме, а зря. В лучшем случае у отдельных хозяев можно встретить УЗИП в вводном электрощите, чего явно не достаточно.

Подняв над крышей своего жилища железную конструкцию, которая к тому же вырабатывает электрическое напряжение, они уже создали отличный молниеприемник. Он будет надежно притягивать на себя огромные токи атмосферных разрядов.

Если не обеспечить действенный путь их отвода мимо здания на потенциал земли, то придется постоянно испытывать судьбу, подвергать себя неожиданной опасности.

Как лукавят производители ветряков

Окончательные испытания заводские модели проходят в аэродинамической трубе при идеальной ламинарности потока с равномерной структурой его направленности и высокой плотности.

В реальных условиях частного дома таких условий просто нет. Они больше подходят для движения воздушных масс у промышленных установок, расположенных на большой высоте.

Для самодельных ветрогенератов, смонтированных даже на 10 метрах, условия турбулентности и слабый ветер могут сильно ограничивать раскрутку ротора.

Рельеф местности влияет на удельную мощность. Например, непосредственно под холмом она резко снижается, а на его вершине создаются идеальные условия за счет сжатия аэродинамических характеристик и повышения давления.

Также будут сказываться хозяйственные застройки, деревья сада, заборы, соседние здания.

Плюсы и минусы

Достоинства:

• экономичность модели;
• ремонтопригодность. При выходе из строя элемента, он просто заменяется новым;
• отсутствие требований к условиям эксплуатации;
• надежность;
• бесшумность.

Недостатки:

• не высокая производительность;
• зависимость сильная от ветра (пропеллер может просто слететь).

Цена разочарования или дорогой флюгер

Watch this video on YouTube

Сегодня существует множество вариантов как сделать устройство для преобразования энергии ветра, каждый способ по-своему эффективен. Если вы ознакомлены с методикой изготовления оборудования вырабатывающего энергию, то будет неважно на базе чего его делать, главное, чтобы он отвечал задуманной схеме, и на выходе давал хорошую мощность.