Ako si vyrobiť veternú farbu vlastnými rukami

Obsah článku

• Klasifikácia veterných turbín
• Výhody a nevýhody „veterných turbín“
• Domáce veterné generátory
• Všeobecný projekt domácej veternej turbíny
• O generátoroch pre domáce veterné turbíny
• Domáce „veterný mlyn“ na vertikálnej osi
• Výroba rotora Savonius
• Pripojenie motora a montáž na stĺp
• Regulátor napätia (jednoduchá nabíjačka)
• Vodorovná osová veterná elektrická inštalácia
• Výroba „veternej turbíny“ s horizontálnou osou
• Kombinované veterné turbíny
• Výpočet sily domácej veternej farmy

Jednou z najdostupnejších možností využívania obnoviteľných zdrojov energie je využívanie veternej energie. Ako nezávisle urobiť výpočet, zostaviť a nainštalovať veternú turbínu, prečítajte si tento článok.

Klasifikácia veterných turbín

Zariadenia sú klasifikované na základe týchto kritérií veternej turbíny:

• umiestnenie osi rotácie;
• počet čepelí;
• materiál prvku;
• rozstup skrutiek.

Veterné turbíny majú spravidla konštrukciu s horizontálnou a vertikálnou osou rotácie.

Verzia s horizontálnou osou – konštrukcia vrtule s jedným, dvoma, tromi alebo viacerými lopatkami. Jedná sa o najbežnejšiu verziu leteckých elektrární kvôli vysokej účinnosti..

Vykonanie so zvislou osou – ortogonálne a kolotočové štruktúry na príklade rotorov Darrieus a Savonius. Mali by sa objasniť posledné dve koncepcie, pretože obe majú určitý význam pri navrhovaní veterných generátorov..

Rotor Darrieus je kolmý dizajn veternej turbíny, kde sú aerodynamické lopatky (dva alebo viac) umiestnené symetricky k sebe v určitej vzdialenosti a sú namontované na radiálnych lúčoch. Pomerne komplexná verzia veternej turbíny, ktorá vyžaduje starostlivé aerodynamické vykonávanie lopatiek.

Savonius rotor je konštrukcia karuselovej veternej turbíny, v ktorej sú dva polvalcové lopatky umiestnené proti sebe a vytvárajú sínusový tvar ako celok. Účinnosť štruktúr je nízka (asi 15%), ale dá sa takmer zdvojnásobiť, ak sú lopatky umiestnené v smere vlny nie horizontálne, ale vertikálne a používajú viacvrstvový dizajn s uhlovým posunutím každej dvojice lopatiek vzhľadom na iné páry..

Výhody a nevýhody „veterných turbín“

Výhody týchto zariadení sú zrejmé najmä pri použití v domácich podmienkach. Používatelia „veterných turbín“ majú skutočne príležitosť na reprodukciu bezplatnej elektrickej energie, s výnimkou malých nákladov na výstavbu a údržbu. Nevýhody veterných turbín sú však tiež zrejmé..

Aby sa dosiahla účinná prevádzka zariadenia, musia byť splnené podmienky pre stabilitu prúdov vetra. Osoba nemôže vytvoriť také podmienky. Toto je výhradne výsadou prírody. Ďalšou, ale už technickou nevýhodou, je nízka kvalita vyrobenej elektriny, v dôsledku čoho je potrebné systém doplniť o drahé elektrické moduly (multiplikátory, nabíjačky, batérie, prevodníky, stabilizátory)..

Výhody a nevýhody, pokiaľ ide o vlastnosti každej z modifikácií veterných turbín, možno vyvažujú na nule. Ak majú horizontálne axiálne modifikácie vysokú účinnosť, potom pre stabilnú prevádzku vyžadujú použitie regulátorov prietoku vetra a ochranných zariadení proti vetrom hurikánu. Vertikálne-axiálne modifikácie majú nízku účinnosť, ale fungujú stabilne bez mechanizmu sledovania smeru vetra. Zároveň sa takéto veterné turbíny vyznačujú nízkou úrovňou hluku, vylučujú účinok „utečenia“ v podmienkach silného vetra a sú dosť kompaktné.

Domáce veterné generátory

Výroba „veternej turbíny“ vlastnými rukami je úplne riešiteľná úloha. Okrem toho konštruktívny a racionálny prístup k podnikaniu pomôže minimalizovať nevyhnutné finančné náklady. V prvom rade je potrebné načrtnúť projekt, vykonať potrebné výpočty vyváženia a výkonu. Tieto akcie zaručia nielen úspešnú výstavbu veternej farmy, ale aj záruku zachovania integrity všetkých zakúpených zariadení..

Odporúča sa začať s výstavbou mikro-veterného mlyna s kapacitou niekoľkých desiatok wattov. Získané skúsenosti v budúcnosti pomôžu vytvoriť silnejšiu štruktúru. Pri vytváraní domáceho veterného generátora by ste sa nemali zameriavať na získavanie vysokokvalitnej elektrickej energie (220 V, 50 Hz), pretože táto možnosť bude vyžadovať značné finančné investície. Je múdrejšie obmedziť používanie pôvodne získanej elektriny, ktorú je možné úspešne použiť bez konverzie na iné účely, napríklad na podporu vykurovacích systémov a systémov dodávky teplej vody zabudovaných do elektrických ohrievačov (TEN) – takéto zariadenia nevyžadujú stabilné napätie a frekvenciu. To umožňuje vytvoriť jednoduchý obvod, ktorý pracuje priamo z generátora..

S najväčšou pravdepodobnosťou nikto nebude tvrdiť, že kúrenie a dodávka teplej vody v dome sú menej dôležité pre domáce spotrebiče a osvetľovacie zariadenia, pre ktoré sa často hľadá sila na inštaláciu domácich veterných turbín. Zariadenie veternej turbíny špecificky určené na zabezpečenie tepla a teplej vody v dome je minimálna cena a jednoduchosť návrhu.

Všeobecný projekt domácej veternej turbíny

Štrukturálne je domáci projekt do značnej miery rovnaký ako priemyselná inštalácia. Je pravda, že riešenia pre domácnosť sú často založené na vertikálnych osových veterných turbínach a sú vybavené nízkonapäťovými jednosmernými generátormi. Zloženie modulov veternej turbíny pre domácnosť za predpokladu, že sa získa vysoko kvalitná elektrina (220 V, 50 Hz):

• veterná turbína;
• zariadenie na orientáciu vetra;
• multiplikátor;
• Jednosmerný generátor (12V, 24V);
• modul nabíjania batérie;
• nabíjateľné batérie (lítium-iónové, lítium-polymérové, olovené kyseliny);
• prevodník jednosmerného napätia 12 V (24 V) na striedavé napätie 220 V.

Generátor vetra PIC 8-6 / 2.5

Ako to funguje? Just. Vietor premení veternú turbínu. Krútiaci moment sa prenáša prostredníctvom multiplikátora na hriadeľ generátora jednosmerného prúdu. Energia prijatá na výstupe generátora cez nabíjací modul sa akumuluje v batériách. Z batériových terminálov sa do prevodníka dodáva konštantné napätie 12 V (24 V, 48 V), kde sa transformuje na napätie vhodné na napájanie domácich elektrických sietí..

O generátoroch pre domáce veterné turbíny

Väčšina konštrukcií veterných turbín pre domácnosť je spravidla navrhnutá s použitím nízkorýchlostných jednosmerných motorov. Toto je najjednoduchšia možnosť generátora, ktorá nevyžaduje aktualizácie. Optimálne – elektrické motory s permanentnými magnetmi, navrhnuté pre napájacie napätie asi 60 – 100 voltov. Existuje prax používania automobilových generátorov, ale v takom prípade je potrebné zavedenie multiplikátora, pretože autogenerátory produkujú požadované napätie iba pri vysokých (1800 – 2500) otáčkach. Jednou z možných možností je rekonštrukcia asynchrónneho striedavého motora, ale je tiež dosť zložitá, vyžaduje si presné výpočty, sústružnícke práce a inštaláciu neodymových magnetov v oblasti rotora. Existuje možnosť pre trojfázový asynchrónny motor s pripojením kondenzátorov s rovnakou kapacitou medzi fázami. Nakoniec je možné vyrobiť generátor od nuly vlastnými rukami. V tejto veci je veľa pokynov..

Domáce „veterný mlyn“ na vertikálnej osi

Na základe Savoniovho rotora môže byť vybudovaný pomerne efektívny a najdôležitejší lacný veterný generátor. Mikroelektráreň sa tu považuje za príklad, ktorého výkon nepresahuje 20 W. Toto zariadenie však celkom postačuje napríklad na dodanie elektrickej energie niektorým domácim spotrebičom, ktoré pracujú s napätím 12 voltov..

Sada častí:

1. Hliníkový plech hrúbky 1,5 – 2 mm.
2. Plastová rúra: priemer 125 mm, dĺžka 3000 mm.
3. Hliníková rúrka: priemer 32 mm, dĺžka 500 mm.
4. Jednosmerný motor (potenciálny generátor), 30-60V, 360-450 ot / min, napríklad elektromotor model PIK8-6 / 2.5.
5. Regulátor napätia .
6. batérie.

Výroba rotora Savonius

Z hliníkového plechu sa odrežú tri palačinky s priemerom 285 mm. V strede každého z nich sú vyvŕtané otvory pre 32 mm hliníkovú rúrku. Ukázalo sa niečo ako CD. Z plastovej rúrky sa odrežú dva kusy dlhé 150 mm a pozdĺžne sa rozrezajú na polovicu. Výsledkom sú štyri polkruhové čepele 125×150 mm. Všetky tri hliníkové „kompaktné disky“ sa položia na rúrku s priemerom 32 mm a upevnia sa vo vzdialenosti 320, 170, 20 mm od horného bodu presne vodorovne, čím sa vytvoria dve úrovne. Čepele sa vkladajú medzi disky, dva kusy na každej úrovni, a sú pevne pripevnené proti sebe, čím sa vytvára sínusoid. V tomto prípade sú čepele hornej vrstvy posunuté vzhľadom na čepele spodnej vrstvy o uhol 90 stupňov. Výsledkom je štvorboký lopatkový Savonius rotor. Na upevnenie prvkov môžete použiť nity, skrutky, rohy alebo použiť iné metódy.

Pripojenie motora a montáž na stĺp

Hriadeľ jednosmerných motorov s vyššie uvedenými parametrami má obvykle priemer najviac 10 až 12 mm. Na pripojenie hriadeľa motora k rúrke veternej turbíny sa do spodnej časti rúrky zatlačí mosadzná vložka s požadovaným vnútorným priemerom. Stenou rúrky a objímky sa vyvŕta diera a na zaskrutkovanie blokovacej skrutky sa vyreže závit. Potom sa potrubie veternej turbíny nasadí na hriadeľ generátora, potom sa spojenie pevne zaistí zaisťovacou skrutkou.

Zvyšok plastovej rúry (2800 mm) je stožiar veternej turbíny. Generátorová súprava s kolesom Savonius je namontovaná na vrchole stožiara – jednoducho sa vkladá do potrubia, kým sa nezastaví. Ako zarážka sa používa kovový kryt disku pripevnený k prednému koncu motora, ktorý má priemer mierne väčší ako je priemer stožiara. Otvory sú vyvŕtané po obvode krytu, aby sa pripevnili drôty chlapa. Pretože priemer krytu elektromotora je menší ako vnútorný priemer potrubia, na vyrovnanie generátora v strede sa používajú rozpery alebo dorazy. Kábel z generátora je vedený dovnútra potrubia a von cez okno dole. Pri inštalácii je potrebné zohľadniť konštrukciu ochrany generátora pred vlhkosťou pomocou tesniacich tesnení. Z dôvodu ochrany pred zrážkami môže byť opäť nad spojom potrubia veternej turbíny s hriadeľom generátora namontovaný kryt dáždnika..

Inštalácia celej stavby sa vykonáva na otvorenom, dobre vetranom mieste. Pod stožiarom je vykopaná diera 0,5 m hlboká, spodná časť rúrky je spustená do otvoru, štruktúra je vyrovnaná striami, po ktorej je otvor vyplnený betónom..

Regulátor napätia (jednoduchá nabíjačka)

Vyrobený veterný generátor spravidla nie je schopný dodávať napätie 12 voltov kvôli svojej nízkej rýchlosti. Maximálna frekvencia otáčania veternej turbíny pri rýchlosti vetra 6–8 m / s. dosahuje hodnotu 200 – 250 ot./min. Na výstupe je možné získať napätie rádovo 5-7 voltov. Nabíjanie batérie vyžaduje napätie 13,5 – 15 voltov. Východiskom je použitie jednoduchého pulzného meniča napätia zostaveného napríklad na základe regulátora napätia LM2577ADJ. Aplikáciou 5 voltov DC na vstup prevodníka sa získa 12-15 voltov na výstupe, čo je dosť na nabíjanie autobatérie..

Pripravený menič napätia pre LM2577

Tento generátor vetra môže byť určite vylepšený. Zvýšte výkon turbíny, zmeňte materiál a výšku stožiara, pridajte prevodník DC-na-AC atď..

Vodorovná osová veterná elektrická inštalácia

Sada častí:

1. Rúrka z plastu s priemerom 150 mm, hliníkový plech hrúbky 1,5 – 2,5 mm, drevený blok 80×40 1 m dlhý, inštalačné potrubie: príruba – 3, rohová – 2, tričko – 1.
2. Elektrický motor na jednosmerný prúd (generátor) 30-60 V, 300-470 ot / min.
3. Kladka kolesa pre motor s priemerom 130 – 150 mm (hliník, mosadz, textolit atď.).
4. Oceľové rúry s priemerom 25 mm a 32 mm a dĺžkou 35 mm a 3 000 mm.
5. Modul nabíjania batérie.
6. batérie.
7. Menič napätia 12 V – 120 V (220 V).

Výroba „veternej turbíny“ s horizontálnou osou

Na výrobu lopatiek veterných turbín je potrebná plastová rúrka. Kus takejto rúrky dlhý 600 mm sa pozdĺžne rozreže na štyri rovnaké segmenty. Pri veternom mlyne sú potrebné tri lopatky, ktoré sa vyrábajú z výsledných segmentov narezávaním časti materiálu diagonálne po celej dĺžke, ale nie presne od rohu k rohu, ale od spodného rohu k hornému rohu, s miernym odsadením od posledného. Spracovanie dolnej časti segmentov sa zredukuje na vytvorenie upevňovacieho plátku na každom z týchto troch segmentov. Za týmto účelom sa pozdĺž jednej hrany odreže štvorec s rozmermi asi 50 x 50 mm a zostávajúca časť slúži ako upevňovací plát..

Listy veternej turbíny sú upevnené na kladke kolesa pomocou skrutkových spojov. Remenica je namontovaná priamo na hriadeli jednosmerného motora – generátora. Ako podvozok veternej turbíny sa používa jednoduchý drevený blok s prierezom 80×40 mm a dĺžkou 1 m. Generátor je inštalovaný na jednom konci dreveného bloku. Na druhom konci tyče je namontovaný „chvost“ vyrobený z hliníkového plechu. Na spodku tyče je pripevnená kovová rúrka s priemerom 25 mm, ktorá je navrhnutá tak, aby zohrávala úlohu rotačného hriadeľa. Ako stožiar sa používa kovová rúrka s dĺžkou 32 mm. Horná časť stožiaru je otočná vložka, do ktorej je vložená trubica veternej turbíny. Podpera stožiara je vyrobená z hrubej preglejky. Na tomto držiaku je vo forme disku s priemerom 600 mm zostavená konštrukcia z vodovodných častí, vďaka ktorej je možné stožiar ľahko zdvihnúť alebo spustiť, alebo namontovať – ​​demontovať. Na zaistenie stožiara sa používajú napínacie značky.

Celá elektronika veternej turbíny je namontovaná v samostatnom module, ktorého rozhranie umožňuje pripojenie batérií a spotrebných záťaží. Modul obsahuje regulátor nabíjania batérie a menič napätia. Takéto zariadenia môžu byť zostavené nezávisle na relevantných skúsenostiach alebo zakúpené na trhu. Na trhu je dostupných veľa rôznych riešení na získanie požadovaných výstupných napätí a prúdov..

Kombinované veterné turbíny

Kombinované veterné turbíny sú vážnou voľbou pre domáci energetický modul. V skutočnosti táto kombinácia zahŕňa kombináciu veterného generátora, solárnej batérie, nafty alebo benzínu v jednom systéme. Môžete ich kombinovať všetkými spôsobmi, podľa svojich schopností a potrieb. Ak existuje možnosť – tri v jednom, je to samozrejme najúčinnejšie a najspoľahlivejšie riešenie..

V rámci kombinácie veterných turbín sa plánuje aj vytvorenie veterných elektrární, ktoré zahŕňajú dve rôzne úpravy naraz. Napríklad, keď rotor Savonius a tradičný trojlistý stroj pracujú v jednom zväzku. Prvá turbína pracuje pri nízkej rýchlosti vetra a druhá iba pri menovitej hodnote. Takto je zachovaná účinnosť zariadenia, sú vylúčené neopodstatnené energetické straty a v prípade asynchrónnych generátorov sú kompenzované reaktívne prúdy..

Kombinované systémy sú technicky zložité a nákladné možnosti pre domácu prax.

Výpočet sily domácej veternej farmy

Na výpočet výkonu generátora vetra s vodorovnou osou môžete použiť štandardný vzorec:

• N = pS V3 / 2
• N – inštalačný výkon, W
• p – hustota vzduchu (1,2 kg / m³)
• S – fúkaná oblasť, m²
• V – rýchlosť vetra, m / s

Napríklad výkon zariadenia s maximálnym rozpätím lopatiek 1 meter, s rýchlosťou vetra 7 m / s, bude:

• N = 1,2 1 343/2 = 205,8 W

Približný výpočet výkonu veternej turbíny vytvorený na základe Savoniovho rotora sa dá vypočítať pomocou vzorca:

• N = pRHV3
• N – inštalačný výkon, W
• R – polomer obežného kolesa, m
• V – rýchlosť vetra, m / s

Napríklad pri návrhu veternej elektrárne s Savoniusovým rotorom uvedeným v texte je hodnota výkonu pri rýchlosti vetra 7 m / s. bude:

• N = 1,2 0,142 0,3 343 = 17,5 W