Проблемой использования ветрогенераторов в Украине, России и многих других европейских странах и странах СНГ является низкая среднегодовая скорость ветра в местах наибольшей потребности в электроэнергии (3-5 метра в секунду, а очень часто дует ветер со скоростью менее 3 метров в секунду). Для решения этой проблемы применяют лопастные ветряки на больших высотах (50-100 метров) или устанавливают их в ветряных местах, например, в ущельях, на пригорках, в прибрежных местах и т.д. Или покупают ветрогенератор мощностью в 10 кВт для того, чтобы он вырабатывал 2 кВт, но это как минимум дороговато и далеко не всем эти методы подходят. Что делать? Парусный ветрогенератор !
Если обратиться к цифровым показателям – видно, что заявленные мощности лопастные ветрогенераторы выдают при скоростях ветра 8-15 м/с; при этом минимальная скорость ветра (так называемая скорость страгивания) 2,5-4 м/с., максимальная эксплуатационная – 25-45 м/с. Несколько другие показатели имеют многолопастные и стаксельные (парусные) ветряки. Минимальная скорость ветра 0,5-1,5 м/с. Максимальная мощность при скоростях ветра 6-20 м/с, максимальная эксплуатационная скорость ветра – 15-30 м/с.
Разница характеристик определяется в основном «заполненностью» окружности, которую описывают лопасти. Чем полнее - тем ниже рабочая скорость ветра. Таким образом ветряки парусного типа, наоборот, даже в слабые ветра (ниже 3 м/сек) вырабатывают электроэнергию.

Преимущества парусных ветрогенераторов (ветряков):
- минимальная скорость ветра для страгивания 0,5-1,5 м/с;
- парус практически мгновенно подстраивается под силу и направление ветра, что обеспечивает возможность работы парусного ветряка в широком диапазоне скоростей ветра, от самых малых до буревых (50-60 м/с);
- легкие лопасти большой площади, чтобы «снять» энергию с минимального ветра и меньше инерционность;
- лопастник половину порывов ветра просто пропускает из-за своей высокой инерционности;
- парус дешевле и легче лопасти, что упрощает ремонт, выше ремонтопригодность;
- доступность материала лопасти (парусина, парашютный шелк и пр.) в отличие от композитных стеклопластиков, спецсплавов и сот лопастей вертикальных ветряков;
- лопасти можно сложить буквально в трубочку и легко транспортировать;
- такой ветряк можно сделать своими руками, поскольку тут не очень важна точность и балансировка лопастей;
- парусные ветряки могут быть вертикальными и горизонтальными;
- не создаются шумовые инфразвуки и радиопомехи (паруса радипрозрачны);
- благодаря сравнительно медленному вращению парусов-лопастей обеспечивается безопасность для человека и животных;
- компактность, безопасность, простота монтажа и обслуживания;
- невысокая стоимость вырабатываемой энергии.

Недостатки парусных ветрогенераторов (ветряков):
- при усилении ветра они теряют преимущество, а на сильных ветрах проигрывают лопастним ветрогенераторам из-за усиления трения о воздух.
- имеет меньшую по сравнению с лопастником быстроходность, поэтому нужен более тихоходный генератор или мультипликатор с больши передаточным числом;

При среднем и сильном ветре парусный ветряк выгоден и для отопления домов, дач, ферм, курятников, теплиц, парников и пр. В остальных случаях - парусный ветряк гарантировано обеспечивает электроснабжение для получения света и работы бытовых электроприборов, особенно удобна работа параллельно с общественной энергосетью с помощью простейшего АВР. Даже небольшая ВЭУ обеспечит данную возможность.

Деятельность как отдельных людей, так и всего нынешнего человечества практически невозможна без электроэнергии. К сожалению, быстро увеличивающийся объем потребления нефти и газа, угля и торфа ведет к уменьшению запасов этих ресурсов на планете. Что же возможно сделать, пока все это еще есть у землян? Согласно выводам специалистов, именно развитием энергетических комплексов можно решить проблемы мировых экономических и финансовых кризисов. Поэтому наиболее актуальными становятся поиск и использование бестопливных источников энергии.

Возобновляемая, экологическая, «зеленая»

Возможно, не стоит напоминать, что все новое - это хорошо забытое старое. Силу течения реки и скорость ветра люди научились применять для получения механической энергии очень давно. Солнце нагревает нам воду и двигает автомобили, питает космические корабли. Колеса, установленные в руслах ручьев и небольших рек, подавали воду на поля еще в Средние века. Одна могла обеспечить мукой несколько окрестных деревень.

В настоящий момент нас интересует простой вопрос: как обеспечить свое жилище дешевым светом и теплом, как сделать ветряк своими руками? 5 кВт-ной мощности или чуть менее, главное, чтобы можно было снабдить свое жилище током для работы электроприборов.

Интересно, что в мире существует классификация зданий по уровню ресурсоэффективности:

• обычные, построенные до 1980-1995 гг.;
• с низким и ультранизким уровнем энергопотребления - до 45-90 кВч на 1 кВ/м;
• пассивные и энергонезависимые, получающие ток из возобновляющихся источников (например, установив ветрогенератор роторный (5 кВт) своими руками или систему солнечных панелей, можно решить эту задачу);
• энергоактивные здания, вырабатывающие электричества больше, чем им требуется, получают деньги, отдавая ее через сеть другим потребителям.

Получается, что собственные, домашние мини-станции, установленные на крышах и во дворах, могут со временем составить своеобразную конкуренцию крупным поставщикам тока. Да и правительства разных стран всячески поощряют создание и активное использование

Как определить рентабельность собственной электростанции

Исследователи доказали, что резервные возможности ветров намного больше всех накопившихся многовековых топливных запасов. Среди способов получения энергии из возобновляемых источников ветрякам отведено особое место, так как их изготовление проще, чем создание солнцеулавливающих панелей. По сути, ветрогенератор на 5 кВт своими руками можно собрать, имея нужные составляющие, среди которых магниты, медная проволока, фанера и металл для лопастей.

Знатоки утверждают, что производительной и, соответственно, выгодной может стать конструкция не только правильной формы, но и построенная в правильном месте. Это значит, что необходимо учитывать наличие, постоянство и даже скорость воздушных потоков в каждом отдельном случае и даже в конкретном регионе. Если в местности периодически наступают штили, спокойные и безветренные дни, устройство мачты с генератором не принесет никакой пользы.

Прежде чем начинать делать ветряк своими руками (5 кВт), необходимо продумать его модель и вид. Не стоит ожидать от слабой конструкции большого выхода энергии. И наоборот, когда нужно запитать только пару лампочек на даче, нет смысла строить огромный ветряк своими руками. 5 кВт - мощность, достаточная для обеспечения электроэнергией практически всей системы освещения и домашних приборов. Будет постоянный ветер - будет и свет.

Как сделать ветрогенератор своими руками: последовательность действий

На выбранном для высокой мачты месте укрепляют сам ветряк с присоединенным к нему генератором. Вырабатываемая энергия по проводам поступает к нужному помещению. Считается, что чем выше конструкция мачты, больше диаметр ветряного колеса и сильнее воздушный поток, тем выше КПД всего устройства. На деле все не совсем так:

• например, сильный ураган может запросто поломать лопасти;
• некоторые модели можно установить на крыше обычного дома;
• правильно выбранная турбина легко запускается и отлично работает даже при ветре с очень слабой скоростью.

Основные виды ветряков

Классическими считаются конструкции с горизонтальным размещением оси вращения ротора. Обычно они имеют 2-3 лопасти и устанавливаются на большой высоте от земли. Наибольшая эффективность такой установки проявляется при постоянного направления и его скорости в 10 м/с. Существенным недостатком этой лопастной конструкции является сбой вращения лопастей при часто меняющемся, порывистом Это приводит либо к непродуктивной работе, либо к разрушению всей установки. Чтобы запустить такой генератор после остановки, необходима принудительная начальная раскрутка лопастей. Кроме того, при активном вращении лопасти издают специфические, неприятные человеческому уху звуки.

Вертикальный ветрогенератор («Волчок» 5 кВт или другой) имеет иное размещение ротора. Н-образными или бочкообразными турбинами захватывается ветер любого направления. Эти конструкции имеют меньшие размеры, запускаются даже при самых слабых воздушных потоках (при 1,5-3 м/с), не требуют высоких мачт, их можно использовать даже в городских условиях. Кроме того, номинальной мощности ветряки, своими руками (5 кВт - это реально) собранные, достигают при ветре в 3-4 м/с.

Паруса не на кораблях, а на суше

Одним из популярных направлений в ветроэнергетике сейчас стало создание горизонтального генератора с мягкими лопастями. Основным отличием является как материал изготовления, так и сама форма: созданные ветряки своими руками (5 кВт, парусный тип) имеют 4-6 треугольных тканевых лопастей. Притом, в отличие от традиционных конструкций, их сечение увеличивается в направлении от центра к периферии. Эта особенность позволяет не только «поймать» слабый ветер, но и избежать потерь при ураганном воздушном потоке.

Плюсами парусников можно назвать следующие показатели:

• большая мощность при медленном вращении;
• самостоятельная ориентировка и подстройка под любой ветер;
• высокая флюгерность и малая инерция;
• отсутствие необходимости принудительного раскручивания колеса;
• совершенно беззвучное вращение даже при больших оборотах;
• отсутствие вибраций и звуковых возмущений;
• относительная дешевизна конструкции.

Ветряки своими руками

5 кВт необходимой электроэнергии можно получить несколькими способами:

• построить простейшую роторную конструкцию;
• собрать комплекс из нескольких последовательно расположенных на одной оси парусных колес;
• использовать аксильную конструкцию с неодимовыми магнитами.

Важно помнить, что мощность ветряного колеса пропорциональна произведению кубического значения скорости ветра на ометаемую площадь турбины. Итак, как сделать ветрогенератор на 5 кВт? Инструкция далее.

За основу можно взять автомобильную ступицу и тормозные диски. 32 магнита (25 на 8 мм) располагают параллельно по кругу на будущих дисках ротора (подвижной части генератора) на каждый диск по 16 штук, притом плюсы обязательно чередуют с минусами. У противолежащих магнитов должны быть разные значения полюсов. После разметки и размещения все находящееся на круге заливают эпоксидкой.

Катушки медной проволоки располагают на статоре. Их количество должно быть меньше, чем число магнитов, то есть 12. Предварительно все провода выводят и соединяют между собой звездой или треугольником, затем тоже заливают эпоксидным клеем. Рекомендуется перед заливкой вставить внутрь катушек кусочки пластилина. После затвердения смолы и их извлечения останутся отверстия, которые нужны для вентиляции и остывания статора.

Как все это работает

Диски ротора, вращаясь относительно статора, образуют магнитное поле, и в катушках возникает электроток. А ветряк, присоединенный посредством системы шкивов, и нужен для того, чтобы двигать эти части рабочей конструкции. Как сделать ветрогенератор своими руками? Некоторые начинают изготовление собственной электростанции со сборки генератора. Другие - с создания лопастной вращающейся части.

Вал от ветряка сцепляют скользящим соединением с одним из дисков ротора. На сильный подшипник ставится нижний, второй диск с магнитами. Статор располагают посередине. Все части крепятся к фанерному кругу с помощью длинных болтов и фиксируются гайками. Между всеми «блинами» обязательно оставляют минимальные зазоры для свободного вращения дисков ротора. В итоге получается 3-фазный генератор.

«Бочка»

Осталось изготовить ветряки. Своими руками 5 кВт-ную вращающуюся конструкцию можно сделать из 3 кругов фанеры и листа самого тонкого и легкого дюраля. Металлические прямоугольные крылья крепятся к фанере болтиками и уголками. Предварительно в каждой плоскости круга выдалбливаются направляющие канавки в форме волны, в которые вставляются листы. Получившийся двухэтажный ротор имеет 4 волнистых лопасти, прикрепленные друг к другу под прямым углом. То есть между каждыми двумя скрепленными ступицами фанерными блинами расположены по 2 изогнутых в форме волны дюралевых лопасти.

Данная конструкция насажена по центру на стальную шпильку, которая и будет передавать крутящий момент генератору. Ветряки, своими руками (5 кВт) созданные, такой конструкции весят примерно 16-18 кг при высоте 160-170 см и диаметре основы 80-90 см.

Что нужно учесть

Ветряк-«бочку» можно установить даже на крыше здания, хотя вполне достаточно вышки высотой 3-4 метра. Однако обязательно нужно защитить от природных осадков корпус генератора. Рекомендуется также установить аккумуляторный накопитель энергии.

Для получения из постоянного 3-фазного тока переменного обязательно в схему нужно включить и преобразователь.

При достаточном количестве ветреных дней в регионе ветряк, своими руками (5 кВт) собранный, может обеспечить током не только телевизор и лампочки, но и систему видеонаблюдения, кондиционер, холодильник и другую электротехнику.

Некоторые фотографии парусного верторенератора мощностью до 4кВт*ч. Мачта для этого ветряка была сварена вот такая вот образом,т этот тип мачт так называемые фермерные мачты, могут быть треугольные или четырехугольные.

Основание мачты, как обычно, вырыта яма и залита бетоном, в бетоне закладные для прикручивания мачты на болты.

>

Поворотная ось ветрогенератора, сделана из деталей от моста и колесных дисков. Вес 150кг.

>

Предварительная прикидка и сборка, узлы привода от ветроколеса через редуктор к генератору, в качестве которого использовался мотор постоянного тока щеточный.

>

Уже покрашенная конструкция, жду генератор.

>

Изготовил ветроколесо.

>

С помощью вот такой вот простейшей лебедки, закрепленной на мачте потихоньку производится поднятие и монтаж деталей, на фото уже установлена поворотная ось ветрогенератора.

>

>

Одеваю и натягиваю паруса.

>

Вот так проходил монтаж ветроколеса,подъем так-же с помощью лебедки, а далее посадка на свое место и прикручивание болтами.

>

Вот уже работает.

>

>

Электрическая схема балластного регулятора.

>

Самодельный контроллер зарядки и отбора мощности.

>

Монтаж ветроколеса с новыми парусами.

>

Парусный ветрогенератор своими руками.

>

В качестве генератора использовался двигатель постоянного тока на щетках и магнитах 1971 года выпуска 48 вольт 500 оборотов -30А вес 55килограмм. Этот ветрогенератор строился как экспериментальный образец. Пока использую его совместно с аккумулятором 12 вольт 155А. Пока просто больше нет аккумуляторов. Сейчас от этого ветрогенератора питаю телевизор, ноутбук, радио, зарядки для телефонов и прочее. Пока хочу вместо обычного инвертора 12/220 вольт сделать преобразователь, катушку Тесла для передали энергии без проводов, в общем все для экспериментов.

Статья составлена по материалам >>источник Автор этого ветрогенератора Виталий Бондарь вконтакте.

Парусный ветрогенератор отличается материалом своих рабочих лопастей. Если в ветрогенераторах обычных типов лопасти – жёсткие, то здесь они изготавливаются из материалов, которые могут под действием ветра изменять площадь своей рабочей поверхности: парусины, брезента, нетканых слоистых материалов.

О недостатках ветрогенераторов с жёсткими лопастями

Ветрогенераторы традиционного исполнения – системы весьма инерционные: для того, чтобы раскрутить лопасти до более-менее значительной угловой скорости, необходим сильный ветер. Это подтверждается и многочисленными теоретическими выкладками, и практическими вариантами различных конструкций данных ветрогенераторов. Итог неутешителен: например, для лопастей или винта с размахом 3 м, и при минимально необходимом числе оборотов генератора 400 мин -1 , окружная скорость винта/лопасти должна быть не менее 500 км/ч! Иначе, требуемый перепад давлений, при котором жёсткая лопасть не только начнёт вращаться, но и станет при этом вырабатывать хоть какую-нибудь электроэнергию, соответствует скорости ветра не менее 10 м/с. Но и это ещё не всё. Распределение давления ветра на жёсткие лопасти происходит крайне неравномерно: большая часть приходится на центральную часть лопасти, угловая скорость которой намного ниже, чем периферийных областей. Такой неприятный факт приводит к тому, что для увеличения коэффициента использования энергии ветра (КИЭВ) – аналог более привычного термина КПД - необходимо увеличивать размах лопастей до неприлично больших размеров – 10 и более метров! И сразу возникают проблемы – где установить такой монстр, как защитить птиц от истребления вращающимися лопастями, каким образом обслуживать и т.д. И даже в наиболее оптимистичных конструкциях ветрогенераторов с жёсткими лопастями их КИЭВ не превышает 20%.

Виды парусных ветрогенераторов

Практически разрабатываются в двух вариантах:

• с круговыми парусными лопастями;
• с круговым парусным колесом.

Ветрогенераторы первого исполнения используют парусные лопасти треугольной формы. Форма треугольника подбирается индивидуально, в зависимости от силы ветра в данной местности. Во многих случаях из-за простоты используют заваленный прямоугольный треугольник (см. рис. 1), хотя для промышленного изготовления более технологичными будут парусные лопасти в виде равнобедренных треугольников (см. рис.2).

В чём же эффективность использования парусных лопастей?

Весь секрет – в упругости материала лопасти, благодаря чему струя воздуха при встрече с поверхностью паруса отклоняется на некоторый угол в сторону и передаёт при этом свою кинетическую энергию парусной лопасти. Последняя начинает вращаться (быстрее это получится у лёгких лопастей с большой площадью) и передавать полезную энергию валу электрогенератора. Вследствие этих особенностей парусный ветрогенератор начинает производить полезную работу уже при скоростях ветра 5 м/с – вдвое меньших, чем для генератора с жёсткими лопастями.

Такие парусные генераторы разрабатываются и производятся во многих странах мира: в США, Франции, России (СКТБ "Энергия-гравио», г.Таганрог) и др.

Вместе с тем парусные ветрогенераторы лопастного исполнения обладают существенными недостатками – низкой стойкостью лопастей (вызванной ограничениями по применяемым материалам) и всё же недостаточным (хотя и большим, чем у ветрогенераторов с жёсткими лопастями) КИЭВ. Объясняется это тем, что круговой парус по определению не сбалансирован, не уравновешен и, следовательно, активен только с одной стороны. При внезапном изменении направления ветра такая лопасть сначала остановится, а потом очень медленно начнёт набирать обороты.

Таких недостатков лишен парусный ветрогенератор с парусным колесом, разрабатываемый и производимый фирмой Saphon Energy (Тунис). В генераторе Saphonian лопасти и вращающиеся части отсутствуют. Внешне конструкция схожа со спутниковой антенной (см. рис. 3).

С помощью воздушных клапанов парус ветрогенератора совершает возвратные высокочастотные колебательные движения. При помощи механической системы эти колебания воспринимаются поршнями гидравлической системы, которые преобразуют энергию получаемой энергии в давление несжимаемой жидкости. Именно энергия давления этой жидкости и используется в дальнейшем для вращения вала электрогенератора.

КИЭВ генератора Saphonian достигает 80%, что в 2 раза превышает эффективность лопастных парусных генераторов. И хотя, строго говоря, Saphonian не представляет собой парусный ветрогенератор в «чистом» виде, его принцип работы заслуживает самого широкого рассмотрения и внедрения.

Подводим итоги

В чём заключаются плюсы парусных ветрогенераторов:

• более высокий, по сравнению с традиционными ветрогенераторами, КИЭВ;
• меньший уровень шума;
• работоспособность при меньших значениях силы и скорости ветра;
• лёгкость и доступность для внедрения;
• безопасность в эксплуатации и обслуживании.

Единственная проблема, которую решают ветрогенераторы парусного типа – малая скорость ветра. Благодаря особой конструкции парусный ветрогенератор реагирует даже на малейшее дуновение ветра, начиная уже от скорости 1 м/с. Естественно, эта уникальная особенность только положительно сказывается на продуктивности и высоком КПД этих ветровых установок.

Лопастный генератор имеет существенный недостаток – требуется умеренно сильный или сильный ветер для эффективной работы. Для генераторов парусной конструкции теперь неважно ни место, где она установлена, ни высота. Эти неоспоримые преимущества позволяют вырабатывать электроэнергию практически в любой точке земного шара.

Преимущества:

• минимально допустимая скорость ветра – 0,5 м/с;
• мгновенное реагирование на поток воздуха;
• легкие лопасти парусного устройства, что облегчает общий вес конструкции;
• снижение риска повреждений из-за пропуска ветровой нагрузки на парусный ветрогенератор;
• высокая ремонтопригодность при эксплуатации;
• доступность к материалу в отличии от композитного пластика;
• возможность соорудить своими руками всю конструкцию;
• разнообразие конструкций (вертикальные, горизонтальные);
• отсутствие радиопомех при работе;
• полная безопасность для человека и окружающей среды;
• простота при монтаже, компактность;
• возможность обеспечения электричеством всего дома и приборов, которые в нем находятся.

Недостаток всего один - потеря преимущества при очень сильных ветрах.

Как выбрать

На сегодняшний день существует огромный выбор среди ветрогенераторов парусного типа. Тип, мощность, вес конструкции – все это отражается на эксплуатации и вырабатываемой электроэнергии, а значит, что эти параметры нужно учитывать при выборе.

Монтаж ветряка «Ветролов»

Не менее важно уметь разбираться в трех составляющих:

1. Ротор. Диаметр ротора влияет на производительность, а она в свою очередь зависит от скорости вращения и габаритов всего ротора.
2. Вес общий и отдельных частей. Огромный вес не понадобится, но нужно, чтобы вся установка имела жесткость для большей устойчивости.
3. Лопасти. Лопасти должны иметь определенные аэродинамические показатели, а также быть надежно выполнены, так как именно они испытывают наибольшую нагрузку.

Место установки

Парусные ветрогенераторы имеют один неоспоримый плюс – их можно устанавливать практически в любом более-менее доступном месте. Однако все же лучше будет позаботиться о том, чтобы площадка была максимально удалена от больших объектов. Постройки, деревья – все это не столько препятствует потоку воздушных масс, сколько создает ненужную в данном случае турбулентность. Завихрения от посторонних объектов можно избежать, если поставить всю конструкцию на предварительно сооруженную башню. Ее высота должна быть выше близ расположенной постройки.

Законы аэродинамики таковы, что используя половину возможности ветра можно получить всего 1/8 его энергии. И наоборот – поймав максимально возможный поток, можно получить в восемь раз больше энергии. Также следует учитывать один очень важный нюанс – взгляд со стороны закона.

Законодательство большинства стран предусматривает штрафы с последующим изыманием ветряка любого типа (в том числе и воздушного генератора), если его мощность превышает норму. Норма может колебаться в зависимости от страны и региона. Поэтому лучше изучить закон, чтобы не попасть в нелепую ситуацию – понести расходы при монтаже, а потом еще и в виде наказания от государства.

Какие бывают разновидности

1. Тип Савониуса. Два и более полуцилиндра вращаются вокруг оси. Преимущество: вращение постоянное, независимое от направления ветра. Недостаток: низкий КПД.
2. Ортогональный тип. Лопасти параллельны оси и находятся на некотором расстоянии от нее. Преимущество: больший КПД. Недостаток: создаваемый шум при работе.
3. Тип Дарье. Две или более плоских полосы дугообразной формы. Преимущество: малошумный, низкая себестоимость. Недостаток: требует системы старта для начала работы.
4. Геликоидный тип. Несколько (обычно три) лопастей отдалены от оси и имеют наклон. Преимущество: конструкция более долговечна. Недостаток: большая стоимость.
5. Многолопастный тип. Два ряда лопастей вокруг оси. Преимущество: очень высокая производительность. Недостаток: шум при работе.

Самое главное – мощность

Если задумать изготовить ветровую электростанцию парусного типа, необходимо хотя бы приблизительно просчитать, какую мощность она будет давать. Существует универсальная формула, позволяющая это сделать:

Мощность (кВт) = плотность воздуха (кг/м3) * радиус площади лопастей (м2) * скорость ветра (м/с) * 3,14

Принцип работы ветряка

Учитываем:

1. Плотность воздуха меняется с повышением и понижением температура. К примеру, летом плотность воздуха примерно 1,1 кг/м3, а зимой 1,2-1,4 кг/м3.
2. Скорость ветра – величина непостоянная.
3. Повышение радиуса лопасти пропорционально повышает мощность.

Покупная станция или сделанная своими руками – в любом случае это экономия в перспективе. Современный мир уже давно перешел на , теперь пришла и наша очередь.