Невичерпна енергія, яку несуть з собою повітряні маси, завжди привертала увагу людей. Наші прадіди навчилися запрягати вітер у вітрила і колеса вітряних млинів, після чого він два століття безцільно блукав по неозорих просторах Землі.

Сьогодні для нього знову знайшлася корисна робота. Вітрогенератор для приватного будинку з розряду технічних новинок стає реальним фактором нашого побуту.

Давайте ближче познайомимося з вітряними електростанціями, оцінимо умови їх рентабельного застосування і розглянемо існуючі різновиди. Домашні умільці отримають в нашій статті інформацію для міркування по темі самостійної збірки вітряка і пристроях, необхідних для його ефективної роботи.

Що таке мінімалізм?

Принцип роботи побутової вітряної електростанції простий: повітряний потік обертає лопаті ротора, насадженого на вал генератора і створює в його обмотках змінний струм. Отримане електрику запасається в акумуляторах і по мірі необхідності витрачається побутовими приладами. Звичайно, це спрощена схема роботи домашнього вітряка. У практичному плані він доповнюється пристроями, що виконують перетворення електрики.

Відразу за генератором в энергоцепочке варто контролер. Він перетворює трифазний змінний струм в постійний і направляє його на зарядку акумуляторів. Більшість побутових приладів не може працювати від «постоянки», тому за акумуляторами ставиться інше пристрій – інвертор. Він виконує зворотну операцію: перетворює постійний струм в побутовій змінний напругою 220 Вольт. Зрозуміло, що ці перетворення не проходять безслідно і забирають від вихідної енергії досить пристойну частину (15-20%).

Якщо вітряк працює в парі з сонячною батареєю або іншим генератором електрики (бензиновим, дизельним), то схема доповнюється автоматичним вимикачем (АВР). При відключенні основного джерела струму, він активує резервний.

Для отримання максимальної потужності вітряний генератор повинен розташовуватися уздовж вітрового потоку. В простих системах реалізується принцип флюгера. Для цього на протилежному кінці генератора закріплюється вертикальна лопать, разворачивающая його назустріч вітру.

У більш потужних установках варто поворотний електромотор, керований датчиком напрямку.

Основні види вітрогенераторів та їх особливості

Існує два різновиди вітрогенераторів:

  • З горизонтальним розташуванням ротора.
  • З вертикальним ротором.
  • Перший тип – найпоширеніший. Він характеризується високим ККД (40-50%), але має підвищений рівень шуму і вібрації. Крім цього, для його установки потрібно великий вільний простір (100 метрів) або висока щогла (від 6 метрів).

    Генератори з вертикальним ротором енергетично менш ефективні (ККД майже в 3 рази нижче, ніж у горизонтальних).

    До їх переваг можна віднести простий монтаж і надійність конструкції. Низька шумність дозволяє ставити вертикальні генератори на дахах будинків і навіть на рівні землі. Ці установки не бояться обмерзання і ураганів. Вони запускаються від слабкого вітру (від 1,0-2,0 м/с) в той час, як горизонтального вітряка потрібен повітряний потік середньої сили (3,5 м/с і вище). За формою робочого колеса (ротора) вертикальні вітрогенератори дуже різноманітні.


    Роторні колеса вертикальних вітряків

    Завдяки малій частоті обертання ротора (до 200 об/хв), механічний ресурс таких установок істотно перевищує показники горизонтальних вітрогенераторів.

    Як розрахувати і підібрати вітрогенератор?

    Вітер це не природний газ, качаемый по трубах і не електроенергія, безперебійно надходить по проводах в наш дім. Він примхливий і непостійний. Сьогодні ураган зриває дахи і ламає дерева, а завтра змінюється повним штилем. Тому перед купівлею або самостійним виготовленням вітряка потрібно оцінити потенціал повітряної енергії в своєму районі. Для цього слід визначити середньорічну силу вітру. Цю величину можна дізнатися в інтернеті за відповідним запитом.

    Отримавши ось таку таблицю, знаходимо район свого проживання і дивимося на інтенсивність його забарвлення, порівнюючи її з оціночною шкалою. Якщо середньорічна швидкість вітру вийде менше 4,0 метрів в секунду, то вітряк ставити немає сенсу. Він не дасть потрібної кількості енергії.

    Якщо сила вітру достатня для установки вітряної електростанції, то можна переходити до наступного кроку: підбору потужності генератора.

    Якщо мова йде про автономне енергопостачання будинку, то в розрахунок беруть середньостатистичне споживання електроенергії 1 сім’єю. Воно знаходиться в діапазоні від 100 до 300 кВт*год на місяць. У регіонах з низьким річним вітропотенціалом (5-8 м/сек) таку кількість електрики здатний згенерувати вітряк потужністю 2-3 кВт. При цьому слід враховувати, що взимку середня швидкість вітру вище, тому вироблення енергії в цей період буде більше, ніж влітку.

    Вибір вітрогенератора. Орієнтовні ціни

    При порівнянні варіантів рекомендуємо вам орієнтуватися на вітрогенератори російського виробництва, а також якісні установки, що випускаються в Китаї. Вони істотно дешевше європейських аналогів.

    Ціни на вертикальні вітчизняні вітрогенератори, потужністю 1,5-2,0 кВт знаходяться в діапазоні від 90 до 110 тисяч рублів. Комплектація при такій ціні включає тільки генератор з лопатями, без щогли та додаткового обладнання (контролер, інвертор, кабель, акумулятори). Повнокомплектна електростанція разом з монтажем обійдеться дорожче на 40-60%.

    Вартість більш потужних вітроустановок (3-5 кВт) становить від 350 до 450 тисяч рублів (з додатковим обладнанням та монтажними роботами).

    Вітряк своїми руками. Забава чи реальна економія?

    Скажемо відразу, що зробити вітрогенератор своїми руками повноцінним і ефективним непросто. Грамотний розрахунок вітрового колеса, передавального механізму, підбір відповідного по потужності і оборотам генератора – окрема тема. Ми дамо лише короткі рекомендації по основним етапам даного процесу.

    Генератор

    Автомобільні генератори й електродвигуни від пральних машин з прямим приводом для цієї мети не підходять. Вони здатні генерувати енергію від вітрового колеса, але вона буде незначною. Автогенераторам для ефективної роботи потрібні дуже високі обороти, які не може розвинути вітряк.

    У моторах для пралок інша проблема. Там стоять феритові магніти, а для вітрогенератора потрібні більш продуктивні – ниодимовые. Процес їх самостійного монтажу і намотування струмопровідних обмоток вимагає терпіння і високої точності.

    Потужність пристрою, зібраного своїми руками, як правило, не перевищує 100-200 Ват.

    Останнім часом серед самодельщиков користуються популярністю мотор-колеса для велосипедів та скутерів. З позицій вітроенергетики це потужні ниодимовые генератори, оптимально подібні для роботи з вертикальними вітровими колесами і зарядки акумуляторів. З такого генератора можна знімати до 1 кВт вітрової енергії.


    Мотор-колесо – готовий генератор для саморобної вітряної електростанції

    Гвинт

    Простіше всього виготовляються вітрильний і роторний гвинти. Перший складається з легких зігнутих трубок, закріплених на центральній пластині. На кожну трубку натягаються лопаті з міцної тканини. Велика парусність гвинта вимагає шарнірного кріплення лопатей, щоб при урагані вони складалися і не деформувалися.


    Вітрильний гвинт вітряка

    Роторна конструкція вітрового колеса використовується для вертикальних генераторів. Вона проста у виготовленні і надійна в роботі.

    Саморобні вітрогенератори з горизонтальною віссю обертання працюють від пропелерного гвинта. Домашні умільці збирають його з труб ПВХ діаметром 160-250 мм Монтаж лопатей виконується на круглої сталевої пластини з посадковим отвором для вала генератора.


    Конфігурація лопаті з пластикової труби