Россия в отношении ветроэнергетических ресурсов занимает двоякое положение. С одной стороны, благодаря огромной общей площади и обилию равнинных местностей ветра в целом много, и он большей частью ровный. С другой – наши ветры преимущественно низкопотенциальные, медленные, см. рис. С третьей, в мало обжитых местностях ветры буйные. Исходя из этого, задача завести на хозяйстве ветрогенератор вполне актуальна. Но, чтобы решить – покупать достаточно дорогое устройство, или сделать его своими руками, нужно как следует подумать, какой тип (а их очень много) для какой цели выбрать.

Основные понятия

1. КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. В случае применения для расчета механистической модели плоского ветра (см. далее) он равен КПД ротора ветросиловой установки (ВСУ).
2. КПД – сквозной КПД ВСУ, от набегающего ветра до клемм электрогенератора, или до количества накачанной в бак воды.
3. Минимальная рабочая скорость ветра (МРС) – скорость его, при которой ветряк начинает давать ток в нагрузку.
4. Максимально допустимая скорость ветра (МДС) – его скорость, при которой выработка энергии прекращается: автоматика или отключает генератор, или ставит ротор во флюгер, или складывает его и прячет, или ротор сам останавливается, или ВСУ просто разрушается.
5. Стартовая скорость ветра (ССВ) – при такой его скорости ротор способен провернуться без нагрузки, раскрутиться и войти в рабочий режим, после чего можно включать генератор.
6. Отрицательная стартовая скорость (ОСС) – это значит, что ВСУ (или ВЭУ – ветроэнергетическая установка, или ВЭА, ветроэнергетический агрегат) для запуска при любой скорости ветра требует обязательной раскрутки от постороннего источника энергии.
7. Стартовый (начальный) момент – способность ротора, принудительно заторможенного в потоке воздуха, создавать вращающий момент на валу.
8. Ветродвигатель (ВД) – часть ВСУ от ротора до вала генератора или насоса, или другого потребителя энергии.
9. Роторный ветрогенератор – ВСУ, в которой энергия ветра преобразуется во вращательный момент на валу отбора мощности посредством вращения ротора в потоке воздуха.
10. Диапазон рабочих скоростей ротора – разность между МДС и МРС при работе на номинальную нагрузку.
11. Тихоходный ветряк – в нем линейная скорость частей ротора в потоке существенно не превосходит скорость ветра или ниже ее. Динамический напор потока непосредственно преобразуется в тягу лопасти.
12. Быстроходный ветряк – линейная скорость лопастей существенно (до 20 и более раз) выше скорости ветра, и ротор образует свою собственную циркуляцию воздуха. Цикл преобразования энергии потока в тягу сложный.

Примечания:

1. Тихоходные ВСУ, как правило, имеют КИЭВ ниже, чем быстроходные, но имеют стартовый момент, достаточный для раскрутки генератора без отключения нагрузки и нулевую ССВ, т.е. абсолютно самозапускающиеся и применимы при самых слабых ветрах.
2. Тихоходность и быстроходность – понятия относительные. Бытовой ветряк на 300 об/мин может быть тихоходным, а мощные ВСУ типа EuroWind, из которых набирают поля ветроэлектростанций, ВЭС (см. рис.) и роторы которых делают порядка 10 об/мин – быстроходные, т.к. при таком их диаметре линейная скорость лопастей и их аэродинамика на большей части размаха – вполне «самолетные», см. далее.

Какой нужен генератор?

Электрический генератор для ветряка бытового назначения должен вырабатывать электроэнергию в широком диапазоне скоростей вращения и обладать способностью самозапуска без автоматики и внешних источников питания. В случае использования ВСУ с ОСС (ветряки с раскруткой), обладающих, как правило, высокими КИЭВ и КПД, он должен быть и обратимым, т.е. уметь работать и как двигатель. При мощностях до 5 кВт этому условию удовлетворяют электрические машины с постоянными магнитами на основе ниобия (супермагнитами); на стальных или ферритовых магнитах можно рассчитывать не более чем на 0,5-0,7 кВт.

Примечание: асинхронные генераторы переменного тока или коллекторные с ненамагниченным статором не годятся совершенно. При уменьшении силы ветра они «погаснут» задолго до того, как его скорость упадет до МРС, и потом сами не запустятся.

Отличное «сердце» ВСУ мощностью от 0,3 до 1-2 кВт получается из автогенератора переменного тока со встроенным выпрямителем; таких сейчас большинство. Во-первых, они держат выходное напряжение 11,6-14,7 В в довольно широком диапазоне скоростей без внешних электронных стабилизаторов. Во-вторых, кремниевые вентили открываются, когда напряжение на обмотке достигнет примерно 1,4 В, а до этого генератор «не видит» нагрузки. Для этого генератор нужно уже довольно прилично раскрутить.

В большинстве случаев автогенератор можно непосредственно, без зубчатой или ременной передачи, соединить с валом быстроходного ВД, подобрав обороты выбором количества лопастей, см. ниже. «Быстроходки» имеют малый или нулевой стартовый момент, но ротор и без отключения нагрузки успеет достаточно раскрутиться, прежде чем вентили откроются и генератор даст ток.

Выбор по ветру

Прежде чем решать, какой сделать ветрогенератор, определимся с местной аэрологией. В серо-зеленоватых (безветренных) областях ветровой карты хоть какой-то толк будет лишь от парусного ветродвигателя (и них далее поговорим). Если необходимо постоянное энергоснабжение, то придется добавить бустер (выпрямитель со стабилизатором напряжения), зарядное устройство, мощную аккумуляторную батарею, инвертор 12/24/36/48 В постоянки в 220/380 В 50 Гц переменного тока. Обойдется такое хозяйство никак не менее $20.000, и снять долговременную мощность более 3-4 кВт вряд ли получится. В общем, при непреклонном стремлении к альтернативной энергетике лучше поискать другой ее источник.

В желто-зеленых , слабоветренных местах, при потребности в электричестве до 2-3 кВт самому можно взяться за тихоходный вертикальный ветрогенератор . Их разработано несть числа, и есть конструкции, по КИЭВ и КПД почти не уступающие «лопастникам» промышленного изготовления.

Если же ВЭУ для дома предполагается купить, то лучше ориентироваться на ветряк с парусным ротором. Споров и них много, и в теории пока еще не все ясно, но работают. В РФ «парусники» выпускают в Таганроге на мощность 1-100 кВт.

В красных , ветреных, регионах выбор зависит от потребной мощности. В диапазоне 0,5-1,5 кВт оправданы самодельные «вертикалки»; 1,5-5 кВт – покупные «парусники». «Вертикалка» тоже может быть покупной, но обойдется дороже ВСУ горизонтальной схемы. И, наконец, если требуется ветряк мощностью 5 кВт и более, то выбирать нужно между горизонтальными покупными «лопастниками» или «парусниками».

Примечание: многие производители, особенно второго эшелона, предлагают комплекты деталей, из которых можно собрать ветрогенератор мощностью до 10 кВт самостоятельно. Обойдется такой набор на 20-50% дешевле готового с установкой. Но прежде покупки нужно внимательно изучить аэрологию предполагаемого места установки, а затем по спецификациям подобрать подходящие тип и модель.

О безопасности

Детали ветродвигателя бытового назначения в работе могут иметь линейную скорость, превосходящую 120 и даже 150 м/с, а кусочек любого твердого материала весом в 20 г, летящий со скоростью 100 м/с, при «удачном» попадании убивает здорового мужика наповал. Стальная, или из жесткого пластика, пластина толщиной 2 мм, движущаяся со скоростью 20 м/с, рассекает его же напополам.

Кроме того, большинство ветряков мощностью более 100 Вт довольно сильно шумят. Многие порождают колебания давления воздуха сверхнизкой (менее 16 Гц) частоты – инфразвуки. Инфразвуки неслышимы, но губительны для здоровья, а распространяются очень далеко.

Примечание: в конце 80-х в США был скандал – пришлось закрыть крупнейшую на тот момент в стране ВЭС. Индейцы из резервации в 200 км от поля ее ВСУ доказали в суде, что резко участившиеся у них после ввода ВЭС в эксплуатацию расстройства здоровья обусловлены ее инфразвуками.

В силу указанных выше причин установка ВСУ допускается на расстоянии не менее 5 их высот от ближайших жилых строений. Во дворах частных домовладений можно устанавливать ветряки промышленного изготовления, соответствующим образом сертифицированные. На крышах ставить ВСУ вообще нельзя – при их работе, даже у маломощных, возникают знакопеременные механические нагрузки, способные вызвать резонанс строительной конструкции и ее разрушение.

Примечание: высотой ВСУ считается наивысшая точка ометаемого диска (для лопастных роторов) или геомерической фигуры (для вертикальных ВСУ с ротором на древке). Если мачта ВСУ или ось ротора выступают вверх еще выше, высота считается по их топу – верхушке.

Ветер, аэродинамика, КИЭВ

Самодельный ветрогенератор подчиняется тем же законам природы, что и заводской, рассчитанный на компьютере. И самодельщику основы его работы нужно понимать очень хорошо – в его распоряжении чаще всего нет дорогих суперсовременных материалов и технологического оборудования. Аэродинамика же ВСУ ох как непроста…

Ветер и КИЭВ

Для расчета серийных заводских ВСУ используется т. наз. плоская механистическая модель ветра. В ее основе следующие предположения:

• Скорость и направление ветра постоянны в пределах эффективной поверхности ротора.
• Воздух – сплошная среда.
• Эффективная поверхность ротора равна ометаемой площади.
• Энергия воздушного потока – чисто кинетическая.

При таких условиях максимальную энергию единицы объема воздуха вычисляют по школьной формуле, полагая плотность воздуха при нормальных условиях 1,29 кг*куб. м. При скорости ветра 10 м/с один куб воздуха несет в себе 65 Дж, и с одного квадрата эффективной поверхности ротора можно, при 100% КПД всей ВСУ, снять 650 Вт. Это весьма упрощенный подход – все знают, что ветер идеально ровным не бывает. Но на это приходится идти, чтобы обеспечить повторяемость изделий – обычное в технике дело.

Плоскую модель игнорировать не следует, она дает четкий минимум доступной энергии ветра. Но воздух, во-первых, сжимаем, во-вторых, очень текуч (динамическая вязкость всего 17,2 мкПа*с). Это значит, поток может обтекать ометаемую площадь, уменьшая эффективную поверхность и КИЭВ, что чаще всего и наблюдается. Но в принципе возможна и обратная ситуация: ветер стекается к ротору и площадь эффективной поверхности тогда окажется больше ометаемой, а КИЭВ – больше 1 относительно его же для плоского ветра.

Приведем два примера. Первый – прогулочная, довольно тяжеловесная, яхта может идти не только против ветра, но и быстрее его. Ветер имеется в виду внешний; вымпельный ветер все равно должен быть быстрее, иначе как он судно потянет?

Второй – классика авиационной истории. На испытаниях МИГ-19 оказалось, что перехватчик, который был на тонну тяжелее фронтового истребителя, по скорости разгоняется быстрее. С теми же движками в том же планере.

Теоретики не знали, что и думать, и всерьез засомневались в законе сохранения энергии. В конце концов оказалось – дело в выступающем из воздухозаборника конусе обтекателя РЛС. От его носка к обечайке возникало уплотнение воздуха, как бы сгребавшее его со сторон к компрессорам двигателей. С тех пор ударные волны прочно вошли в теорию как полезные, и фантастические летные данные современных самолетов в немалой степени обусловлены их умелым использованием.

Аэродинамика

Развитие аэродинамики принято делить на две эпохи – до Н. Г. Жуковского и после. Его доклад «О присоединенных вихрях» от 15 ноября 1905 г. стал началом новой эры в авиации.

До Жуковского летали на поставленных плашмя парусах: полагалось, что частицы набегающего потока отдают весь свой импульс передней кромке крыла. Это позволяло сразу избавиться от векторной величины – момента количества движения – порождавшей зубодробительную и чаще всего неаналитическую математику, перейти к куда более удобным скалярным чисто энергетическим соотношениям, и получить в итоге расчетное поле давления на несущую плоскость, более-менее похожее на настоящее.

Такой механистический подход позволил создать аппараты, способные худо-бедно подняться в воздух и совершить перелет из одного места в другое, не обязательно грохнувшись на землю где-то по пути. Но стремление увеличить скорость, грузоподъемность и другие летные качества все больше выявляло несовершенство первоначальной аэродинамической теории.

Идея Жуковского была такова: вдоль верхней и нижней поверхностей крыла воздух проходит разный путь. Из условия непрерывности среды (пузыри вакуума сами по себе в воздухе не образуются) следует, что скорости верхнего и нижнего потоков, сходящих с задней кромки, должны отличаться. Вследствие пусть малой, но конечной вязкости воздуха там из-за разности скоростей должен образоваться вихрь.

Вихрь вращается, а закон сохранения количества движения, столь же непреложный, как и закон сохранения энергии, справедлив и для векторных величин, т.е. должен учитывать и направление движения. Поэтому тут же, на задней кромке, должен сформироваться противоположно вращающийся вихрь с таким же вращательным моментом. За счет чего? За счет энергии, вырабатываемой двигателем.

Для практики авиации это означало революцию: выбрав соответствующий профиль крыла, можно было присоединенный вихрь пустить вокруг крыла в виде циркуляции Г, увеличивающей его подъемную силу. Т.е., затратив часть, а для больших скоростей и нагрузок на крыло – большую часть, мощности мотора, можно создать вокруг аппарата воздушный поток, позволяющий добиться лучших летных качеств.

Это делало авиацию авиацией, а не частью воздухоплавания: теперь летательный аппарат мог сам создавать себе нужную для полета среду и не быть более игрушкой воздушных потоков. Нужен только двигатель помощнее, и еще и еще мощнее…

Снова КИЭВ

Но у ветряка мотора нет. Он, наоборот, должен отбирать энергию у ветра и давать ее потребителям. И здесь выходит – ноги вытащил, хвост увяз. Пустили слишком мало энергии ветра на собственную циркуляцию ротора – она будет слабой, тяга лопастей – малой, а КИЭВ и мощность – низкими. Отдадим на циркуляцию много – ротор при слабом ветре будет на холостом ходу крутиться как бешеный, но потребителям опять достается мало: чуть дали нагрузку, ротор затормозился, ветер сдул циркуляцию, и ротор стал.

Закон сохранения энергии «золотую середину» дает как раз посерединке: 50% энергии даем в нагрузку, а на остальные 50% подкручиваем поток до оптимума. Практика подтверждает предположения: если КПД хорошего тянущего пропеллера составляет 75-80%, то КИЭВ так же тщательно рассчитанного и продутого в аэродинамической трубе лопастного ротора доходит до 38-40%, т.е. до половины от того, чего можно добиться при избытке энергии.

Современность

Ныне аэродинамика, вооруженная современной математикой и компьютерами, все более уходит от неизбежно что-то да упрощающих моделей к точному описанию поведения реального тела в реальном потоке. И тут, кроме генеральной линии – мощность, мощность, и еще раз мощность! – обнаруживаются пути побочные, но многообещающие как раз при ограниченном количестве поступающей в систему энергии.

Известный авиатор-альтернативщик Пол Маккриди еще в 80-х создал самолет, с двумя моторчиками от бензопилы мощностью в 16 л.с. показавший 360 км/ч. Причем шасси его было трехопорным неубирающимся, а колеса – без обтекателей. Ни один из аппаратов Маккриди не вышел на линию и не встал на боевое дежурство, но два – один с поршневыми моторами и пропеллерами, а другой реактивный – впервые в истории облетели вокруг земного шара без посадки на одной заправке.

Парусов, породивших изначальное крыло, развитие теории тоже коснулось весьма существенно. «Живая» аэродинамика позволила яхтам при ветре в 8 узл. встать на подводные крылья (см. рис.); чтобы разогнать такую громадину до нужной скорости гребным винтом, требуется двигатель не менее 100 л.с. Гоночные катамараны при таком же ветре ходят со скоростью около 30 узл. (55 км/ч).

Есть и находки совершенно нетривиальные. Любители самого редкого и экстемального спорта – бейсджампинга – надев апециальный костюм-крыло, вингсьют, летают без мотора, маневрируя, на скорости более 200 км/ч (рис. справа), а затем плавно приземляются в заранее выбранном месте. В какой сказке люди летают сами по себе?

Разрешились и многие загадки природы; в частности – полет жука. По классической аэродинамике, он летать не способен. Точно так же, как и родоначальник «стелсов» F-117 с его крылом ромбовидного профиля тоже не способен подняться в воздух. А МИГ-29 и Су-27, которые некоторое время могут лететь хвостом вперед, и вовсе ни в какие представления не укладываются.

И почему тогда, занимаясь ветродвигателями, не забавой и не орудием уничтожения себе подобных, а источником жизненно важного ресурса, нужно плясать непременно от теории слабых потоков с ее моделью плоского ветра? Неужели не найдется возможности продвинуться дальше?

Чего ожидать от классики?

Однако от классики отказываться ни в коем случае не следует. Она дает основу, не оперевшись на которую нельзя подняться выше. Точно так же, как теория множеств не отменяет таблицу умножения, а от квантовой хромодинамики яблоки с деревьев вверх не улетят.

Итак, на что можно рассчитывать при классическом подходе? Посмотрим на рисунок. Слева – типы роторов; они изображены условно. 1 – вертикальный карусельный, 2 – вертикальный ортогональный (ветряная турбина); 2-5 – лопастные роторы с разным количеством лопастей с оптимизированными профилями.

Справа по горизонтальной оси отложена относительная скорость ротора, т.е., отношение линейной скорости лопасти к скорости ветра. По вертикальной вверх – КИЭВ. А вниз – опять же относительный крутящий момент. Единичным (100%) крутящим моментом считается такой, который создает насильно заторможенный в потоке ротор со 100% КИЭВ, т.е. когда вся энергия потока преобразуется во вращающее усилие.

Такой подход позволяет делать далеко идущие выводы. Скажем, количество лопастей нужно выбирать не только и не столько по желательной скорости вращения: 3- и 4-лопастники сразу много теряют по КИЭВ и вращательному моменту по сравнению с хорошо работающими примерно в том же диапазоне скорстей 2- и 6-лопастниками. А внешне похожие карусель и ортогонал обладают принципиально разными свойствами.

В целом же предпочтение следует отдавать лопастным роторам, кроме случаев, когда требуются предельная дешевизна, простота, необслуживаемый самозапуск без автоматики и невозможен подъем на мачту.

Примечание: о парусных роторах поговорим особо – они, похоже, в классику не укладываются.

Вертикалки

ВСУ с вертикальной осью вращения имеют неоспоримое для быта преимущество: их узлы, требующие обслуживания, сосредоточены внизу и не нужен подъем наверх. Там остается, и то не всегда, упорно-опорный самоустанавливающийся подшипник, но он прочен и долговечен. Поэтому, проектируя простой ветрогенератор, отбор вариантов нужно начинать с вертикалок. Основные их типы представлены на рис.

ВС

На первой позиции – самый простейший, чаще всего называемый ротором Савониуса. На самом деле его изобрели в 1924 г. в СССР Я. А. и А. А. Воронины, а финский промышленник Сигурд Савониус бессовестно присвоил себе изобретение, проигнорировав советское авторское свидетельство, и начал серийный выпуск. Но внедрение в судьбе изобретения значит очень много, поэтому мы, чтобы не ворошить прошлое и не тревожить прах усопших, назовем этот ветряк ротором Ворониных-Савониуса, или для краткости, ВС.

ВС для самодельщика всем хорош, кроме «паровозного» КИЭВ в 10-18%. Однако в СССР над ним работали много, и наработки есть. Ниже мы рассмотрим усовершенствованную конструкцию, не намного более сложную, но по КИЭВ дающую фору лопастникам.

Примечание: двухлопастный ВС не крутится, а дергается рывками; 4-лопастный лишь немного плавнее, но много теряет в КИЭВ. Для улучшения 4-«корытные» чаще всего разносят на два этажа – пара лопастей внизу, а другая пара, повернутая на 90 градусов по горизонтали, над ними. КИЭВ сохраняется, и боковые нагрузки на механику слабеют, но изгибные несколько возрастают, и при ветре более 25 м/с у такой ВСУ на древке, т.е. без растянутого вантами подшипника над ротором, «срывает башню».

Дарье

Следующий – ротор Дарье; КИЭВ – до 20%. Он еще проще: лопасти – из простой упругой ленты безо всякого профиля. Теория ротора Дарье еще недостаточно разработана. Ясно только, что начинает он раскручиваться за счет разности аэродинамического сопротивления горба и кармана ленты, а затем становится вроде как быстроходным, образуя собственную циркуляцию.

Вращательный момент мал, а в стартовых положениях ротора параллельно и перпендикулярно ветру вообще отсутствует, поэтому самораскрутка возможна только при нечетном количестве лопастей (крыльев?) В любом случае на время раскрутки нагрузку от генератора нужно отключать.

Есть у ротора Дарье еще два нехороших качества. Во-первых, при вращении вектор тяги лопасти описывает полный оборот относительно ее аэродинамического фокуса, и не плавно, а рывками. Поэтому ротор Дарье быстро разбивает свою механику даже при ровном ветре.

Во-вторых, Дарье не то что шумит, а вопит и визжит, вплоть до того, что лента рвется. Происходит это вследствие ее вибрации. И чем больше лопастей, тем сильнее рев. Так что Дарье если и делают, то двухлопастными, из дорогих высокопрочных звукопоглощающих материалов (карбона, майлара), а для раскрутки посередине мачты-древка приспосабливают небольшой ВС.

Ортогонал

На поз. 3 – ортогональный вертикальный ротор с профилированными лопастями. Ортогональный потому, что крылья торчат вертикально. Переход от ВС к ортогоналу иллюстрирует рис. слева.

Угол установки лопастей относительно касательной к окружности, касающейся аэродинамических фокусов крыльев, может быть как положительным (на рис.), так и отрицательным, сообразно силе ветра. Иногда лопасти делают поворотными и ставят на них флюгерки, автоматически держащие «альфу», но такие конструкции часто ломаются.

Центральное тело (голубое на рис.) позволяет довести КИЭВ почти до 50% В трехлопастном ортогонале оно должно в разрезе иметь форму треугольника со слегка выпуклыми сторонами и скругленными углами, а при большем количестве лопастей достаточно простого цилиндра. Но теория для ортогонала оптимальное количество лопастей дает однозначно: их должно быть ровно 3.

Ортогонал относится к быстроходным ветрякам с ОСС, т.е. обязательно требует раскрутки при вводе в эксплуатацию и после штиля. По ортогональной схеме выпускаются серийные необслуживаемые ВСУ мощностью до 20 кВт.

Геликоид

Геликоидный ротор, или ротор Горлова (поз. 4) – разновидность ортогонала, обеспечивающая равномерное вращение; ортогонал с прямыми крыльями «рвет» лишь немного слабее двухлопастного ВС. Изгиб лопастей по геликоиде позволяет избежать потерь КИЭВ из-за их кривизны. Хотя часть потока кривая лопасть и отбрасывает, не используя, но зато и загребает часть в зону наибольшей линейной скорости, компенсируя потери. Геликоиды используют реже прочих ветряков, т.к. они вследствие сложности изготовления оказываются дороже равных по качеству собратьев.

Бочка-загребушка

На 5 поз. – ротор типа ВС, окруженный направляющим аппаратом; его схема представлена на рис. справа. В промышленном исполнении встречается редко, т.к. дорогостоящий отвод земли не компенсирует прироста мощности, а материалоемкость и сложность производства велики. Но самодельщик, боящийся работы – уже не мастер, а потребитель, и, если нужно не более 0,5-1,5 кВт, то для него «бочка-загребушка» лакомый кусок:

• Ротор такого типа абсолютно безопасен, бесшумен, не создает вибраций и может быть установлен где угодно, хоть на детской площадке.
• Согнуть «корыта» из оцинковки и сварить каркас из труб – работа ерундовая.
• Вращение – абсолютно равномерное, детали механики можно взять самые дешевые или из хлама.
• Не боится ураганов – слишком сильный ветер не может протолкнуться в «бочку»; вокруг нее возникает обтекаемый вихревой кокон (мы с этим эффектом еще столкнемся).
• А самое главное – поскольку поверхность «загребушки» в несколько раз больше таковой ротора внутри, КИЭВ может быть и сверхединичным, а вращательным момент уже при 3 м/с у «бочки» трехметрового диаметра такой, что генератору на 1 кВт с предельной нагрузкой, как говорится, лучше и не дергаться.

Видео: ветрогенератор Ленца

В 60-х в СССР Е. С. Бирюков запатентовал карусельную ВСУ с КИЭВ 46%. Немного позже В. Блинов добился от конструкции на том же принципе КИЭВ 58%, но данных о ее испытаниях нет. А натурные испытания ВСУ Бирюкова были проведены сотрудниками журнала «Изобретатель и рационализатор». Двухэтажный ротор диаметром 0,75 м и высотой 2 м при свежем ветре раскручивал на полную мощность асинхронный генератор 1,2 кВт и выдерживал без поломки 30 м/с. Чертежи ВСУ Бирюкова приведены на рис.

1. ротор из кровельной оцинковки;
2. самоустанавливающийся двухрядный шариковый подшипник;
3. ванты – 5 мм стальной трос;
4. ось-древко – стальная труба с толщиной стенок 1,5-2,5 мм;
5. рычаги аэродинамического регулятора оборотов;
6. лопасти регулятора оборотов – 3-4 мм фанера или листовой пластик;
7. тяги регулятора оборотов;
8. груз регулятора оборотов, его вес определяет частоту вращения;
9. ведущий шкив – велосипедное колесо без шины с камерой;
10. подпятник – упорно-опорный подшипник;
11. ведомый шкив – штатный шкив генератора;
12. генератор.

Бирюков на свою ВСУ получил сразу несколько авторских свидетельств. Во-первых, обратите внимание на разрез ротора. При разгоне он работает подобно ВС, создавая большой стартовый момент. По мере раскрутки во внешних карманах лопастей создается вихревая подушка. С точки зрения ветра, лопасти становятся профилированными, и ротор превращается в быстроходный ортогонал, причем виртуальный профиль меняется соответственно силе ветра.

Во-вторых, профилированный канал между лопастями в рабочем диапазоне скоростей работает как центральное тело. Если же ветер усиливается, то в нем также создается вихревая подушка, выходящая за пределы ротора. Возникает такой же вихревой кокон, как вокруг ВСУ с направляющим аппаратом. Энергия на его создание берется от ветра, и тому на поломку ветряка ее уже не хватает.

В-третьих, регулятор оборотов предназначен прежде всего для турбины. Он держит ее обороты оптимальными с точки зрения КИЭВ. А оптимум частоты вращения генератора обеспечивается выбором передаточного отношения механики.

Примечание: после публикаций в ИР за 1965 г. ВСУ Бирюкова канула в небытие. Ответа от инстанций автор так и не дождался. Судьба многих советских изобретений. Говорят, какой-то японец стал миллиардером, регулярно читая советские популярно-технические журналы и патентуя у себя все, заслуживающее внимания.

Лопастники

Как у сказано, по классике горизонтальный ветрогенератор с лопастным ротором – наилучший. Но, во-первых, ему нужен стабильный хотя бы средней силы ветер. Во-вторых, конструкция для самодельщика таит в себе немало подводных камней, из-за чего нередко плод долгих упорных трудов в лучшем случае освещает туалет, прихожую или крыльцо, а то и оказывается способен только раскрутить самого себя.

По схемам на рис. рассмотрим подробнее; позиции:

• Фиг. А:

1. лопасти ротора;
2. генератор;
3. станина генератора;
4. защитный флюгер (ураганная лопата);
5. токосъемник;
6. шасси;
7. поворотный узел;
8. рабочий флюгер;
9. мачта;
10. хомут под ванты.

• Фиг. Б, вид сверху:

1. защитный флюгер;
2. рабочий флюгер;
3. регулятор натяжения пружины защитного флюгера.

• Фиг. Г, токосъемник:

1. коллектор с медными неразрезными кольцевыми шинами;
2. подпружиненные меднографитовые щетки.

Примечание: ураганная защита для горизонтального лопастника диаметром более 1 м совершенно необходима, т.к. создать вокруг себя вихревой кокон он не способен. При меньших размерах можно добиться выносливости ротора до 30 м/с с лопастями из пропилена.

Итак, где нас ждут «спотыки»?

Лопасти

Рассчитывать добиться мощности на валу генератора более 150-200 Вт на лопастях любого размаха, вырезанных из толстостенной пластиковой трубы, как часто советуют – надежды беспросветного дилетанта. Лопасть из трубы (если только она не настолько толстая, что используется просто как заготовка) будет иметь сегментный профиль, т.е. его верхняя, или обе поверхности будут дугами окружности.

Сегментные профили пригодны для несжимаемой среды, скажем, для подводных крыльев или лопастей гребного винта. Для газов же нужна лопасть переменного профиля и шага, для примера см. рис.; размах – 2 м. Это будет сложное и трудоемкое изделие, требующее кропотливого расчета во всеоружии теории, продувок в трубе и натурных испытаний.

Генератор

При насадке ротора прямо на его вал штатный подшипник скоро разобьется – одинаковой нагрузки на все лопасти в ветряках не бывает. Нужен промежуточный вал со специальным опорным подшипником и механическая передача от него на генератор. Для больших ветряков опорный подшипник берут самоустанавливающийся двухрядный; в лучших моделях – трехъярусный, Фиг. Д на рис. выше. Такой позволяет валу ротора не только слегка изгибаться, но и немного смещаться из стороны в сторону или вверх-вниз.

Примечание: на разработку опорного подшипника для ВСУ типа EuroWind ушло около 30 лет.

Аварийный флюгер

Принцип его работы показывает Фиг. В. Ветер, усиливаясь, давит на лопату, пружина растягивается, ротор перекашивается, обороты его падают и в конце концов он становится параллельно потоку. Вроде бы все хорошо, но – гладко было на бумаге…

Попробуйте в ветреный день удержать за ручку параллельно ветру крышку от выварки или большой кастрюли. Только осторожно – вертлявая железяка может садануть по физиономbии так, что расквасит нос, рассечет губу, а то и выбьет глаз.

Плоский ветер бывает только в теоретических выкладках и, с достаточной для практики точностью, в аэродинамических трубах. Реально же ураган ветряки с ураганной лопатой корежит больше, чем вовсе беззащитные. Лучше все-таки менять исковерканные лопасти, чем делать заново все. В промышленных установках – другое дело. Там шаг лопастей, по каждой в отдельности, отслеживает и регулирует автоматика под управлением бортового компьютера. И делаются они из сверхпрочных композитов, а не из водопроводных труб.

Токосъемник

Это – регулярно обслуживаемый узел. Любой энергетик знает, что коллектор со щетками нужно чистить, смазывать, регулировать. А мачта – из водопроводной трубы. Не залезешь, раз в месяц-два придется весь ветряк валить на землю и потом опять поднимать. Сколько он протянет от такой «профилактики»?

Видео: лопастной ветрогенератор + солнечная панель для электроснабжения дачи

Мини и микро

Но с уменьшением размеров лопастника трудности падают по квадрату диаметра колеса. Изготовление горизонтальной лопастной ВСУ своими силами на мощность до 100 Вт уже возможно. Оптимальным будет 6-лопастный. При большем количестве лопастей диаметр ротора, рассчитанного на ту же мощность, будет меньше, но их окажется трудно прочно закрепить на ступице. Роторы о менее чем 6 лопастях можно не иметь в виду: 2-лопастнику на 100 Вт нужен ротор диаметром 6,34 м, а 4-лопастнику той же мощности – 4,5 м. Для 6-лопастного зависимость мощность – диаметр выражается следующим образом:

• 10 Вт – 1,16 м.
• 20 Вт – 1,64 м.
• 30 Вт – 2 м.
• 40 Вт – 2,32 м.
• 50 Вт – 2,6 м.
• 60 Вт – 2,84 м.
• 70 Вт – 3,08 м.
• 80 Вт – 3,28 м.
• 90 Вт – 3,48 м.
• 100 Вт – 3,68 м.
• 300 Вт – 6,34 м.

Оптимальным будет рассчитывать на мощность 10-20 Вт. Во-первых, лопасть из пластика размахом более 0,8 м без дополнительных мер защиты не выдержит ветер более 20 м/с. Во-вторых, при размахе лопасти до тех же 0,8 м линейная скорость ее концов не превысит скорость ветра более чем втрое, и требования к профилировке с круткой снижаются на порядки; здесь уже вполне удовлетворительно будет работать «корытце» с сегментным профилем из трубы, поз. Б на рис. А 10-20 Вт обеспечат питание планшетки, подзарядку смартфона или засветят лампочку-экономку.

Далее, выбираем генератор. Отлично подойдет китайский моторчик – ступица колеса для электровелосипедов, поз. 1 на рис. Его мощность как мотора – 200-300 Вт, но в режиме генератора он даст примерно до 100 Вт. Но подойдет ли он нам по оборотам?

Показатель быстроходности z для 6 лопастей равен 3. Формула для расчета скорости вращения под нагрузкой – N = v/l*z*60, где N – частота вращения, 1/мин, v – скорость ветра, а l – длина окружности ротора. При размахе лопасти 0,8 м и ветре 5 м/с получаем 72 об/мин; при 20 м/с – 288 об/мин. Примерно с такой же скоростью вращается и велосипедное колесо, так что свои 10-20 Вт от генератора, способного дать 100, мы уж снимем. Можно ротор сажать прямо на его вал.

Но тут возникает следующая проблема: мы, потратив немало труда и денег, хотя бы на моторчик, получили… игрушку! Что такое 10-20, ну, 50 Вт? А лопастный ветряк, способный запитать хотя бы телевизор, дома не сделаешь. Нельзя ли купить готовый мини-ветрогенератор, и не обойдется ли он дешевле? Еще как можно, и еще как дешевле, см. поз. 4 и 5. Кроме того, он будет еще и мобильным. Поставил на пенек – и пользуйся.

Второй вариант – если где-то валяется шаговый двигатель от старого 5- или 8-дюймового дисковода, или от привода бумаги или каретки негодного струйного или матричного принтера. Он может работать как генератор, и приделать к нему карусельный ротор из консервных банок (поз. 6) проще, чем собирать конструкцию наподобие показанной на поз. 3.

В целом по «лопастникам» вывод однозначен: самодельные – скорее для того, чтобы помастерить всласть, но не для реальной долговременной энергоотдачи.

Видео: простейший ветрогенератор для освещения дачи

Парусники

Парусный ветрогенератор известен давно, но мягкие полотнища его лопастей (см. рис.) начали делать с появлением высокопрочных износостойких синтетических тканей и пленок. Многолопастные ветряки с жесткими парусами широко разошлись по миру как привод маломощных автоматических водокачек, но их техданные ниже даже чем у каруселей.

Однако мягкий парус как крыло ветряка, похоже, оказался не так-то прост. Дело не в ветроустойчивости (производители не ограничивают максимально допустимую скорость ветра): яхсменам-парусникам и так известно, что ветру разорвать полотнище бермудского паруса практически невозможно. Скорее шкот вырвет, или мачту сломает, или вся посудина сделает «поворот оверкиль». Дело в энергетике.

К сожалению, точных данных испытаний не удается найти. По отзывам пользователей удалось составить «синтетические» зависимости для установки ВЭУ-4.380/220.50 таганрогского производства с диаметром ветроколеса 5 м, массой ветроголовки 160 кг и частотой вращения до 40 1/мин; они представлены на рис.

Разумеется, ручательств за 100% достоверность быть не может, но и так видно, что плоско-механистической моделью тут и не пахнет. Никак не может 5-метровое колесо на плоском ветре в 3 м/с дать около 1 кВт, при 7 м/с выйти на плато по мощности и далее держать ее до жестокого шторма. Производители, кстати, заявляют, что номинальные 4 кВт можно получить и при 3 м/с, но при установке их силами по результатам исследований местной аэрологии.

Количественной теории также не обнаруживается; пояснения разработчиков маловразумительны. Однако, поскольку таганрогские ВЭУ народ покупает, и они работают, остается предположить, что заявленные коническая циркуляция и пропульсивный эффект – не фикция. Во всяком случае, возможны.

Тогда, выходит, ПЕРЕД ротором, по закону сохранения импульса, должен возникнуть тоже конический вихрь, но расширяющийся и медленный. И такая воронка будет сгонять ветер к ротору, его эффективная поверхность получится больше ометаемой, а КИЭВ – сверхединичным.

Пролить свет на этот вопрос могли бы натурные измерения поля давления перед ротором, хотя бы бытовым анероидом. Если оно окажется выше, чем с боков в стороне, то, действительно, парусные ВСУ работают, как жук летает.

Самодельный генератор

Из сказанного выше ясно, что самодельщикам лучше браться или за вертикалки, или за парусники. Но те и другие очень медленные, а передача на быстроходный генератор – лишняя работа, лишние затраты и потери. Можно ли сделать эффективный тихоходный электрогенератор самому?

Да, можно, на магнитах из ниобиевого сплава, т. наз. супермагнитах. Процесс изготовления основных деталей показан на рис. Катушки – каждая из 55 витков медного 1 мм провода в термостойкой высокопрочной эмалевой изоляции, ПЭММ, ПЭТВ и т.п. Высота обмоток – 9 мм.

Обратите внимание на пазы под шпонки в половинах ротора. Они должны быть расположены так, чтобы магниты (они приклеиваются к магнитопроводу эпоксидкой или акрилом) после сборки сошлись разноименными полюсами. «Блины» (магнитопроводы) должны быть изготовлены из магнитомягкого ферромагнетика; подойдет обычная конструкционная сталь. Толщина «блинов» – не менее 6 мм.

Вообще-то лучше купить магниты с осевым отверстием и притянуть их винтами; супермагниты притягиваются со страшной силой. По этой же причине на вал между «блинами» надевается цилиндрическая проставка высотой 12 мм.

Обмотки, составляющие секции статора, соединяются по схемам, также приведенным на рис. Спаянные концы не должны быть натянуты, но должны образовывать петли, иначе эпоксидка, которой будет залит статор, застывая, может порвать провода.

Заливают статор в изложнице до толщины 10 мм. Центрировать и балансировать не нужно, статор не вращается. Зазор между ротором и статором – по 1 мм с каждой стороны. Статор в корпусе генератора нужно надежно зафиксировать не только от смещения по оси, но и от проворачивания; сильное магнитное поле при токе в нагрузке будет тянуть его за собой.

Видео: генератор для ветряка своими руками

Вывод

И что же мы имеем напоследок? Интерес к «лопастникам» объясняется скорее их эффектным внешним видом, чем действительными эксплуатационными качествами в самодельном исполнении и на малых мощностях. Самодельная карусельная ВСУ даст «дежурную» мощность для зарядки автоаккумулятора или энергоснабжения небольшого дома.

А вот с парусными ВСУ стоит поэкспериментировать мастерам с творческой жилкой, особенно в мини-исполнении, с колесом 1-2 м диаметром. Если предположения разработчиков верны, то с такого можно будет снять, посредством описанного выше китайского движка-генератора, все его 200-300 Вт.

Андрей сказал(а):

Спасибо за вашу бесплатную консультацию…А цены “от фирм”не реально дороги,и я думаю,что мастеровые люди из глубинки смогут сделать генераторы подобные вашему.А аккамуляторы Li-po можно выписать из Китая,инверторы в Челябинске делают очень хорошие (с плавным синусом).А паруса,лопасти или роторы – это очередной повод для полёта мысли наших рукастых Русских мужиков.

Иван сказал(а):

вопрос:
Для ветряков с вертикальной осью(позиция 1) и варианта “Ленца” возможно добавить дополнительную деталь – крыльчатку,выставляющуюся по ветру, и закрывающую от него же бесполезную сторону(идущую в сторону ветра). То есть ветер будет не лопасть тормозить, а этот “экран”. Постановка по ветру “хвостом”, находящимся за самим ветряком ниже и выше лопостей(гребней). Читал статью и родилась идея.

Нажимая кнопку «Добавить комментарий», я соглашаюсь с сайта.

Ветрогенератор или в простонародье ветряк – нехитрое приспособление, обеспечивающее своему хозяину немалую экономию за счет выработки бесплатного электричества. Такая установка – мечта любого владельца отрезанного от централизованных сетей участка или дачника, недовольного вновь полученной квитанцией за потребление электроэнергии.

Разобравшись в конструкции ветрогенератора, принципе его функционирования, изучив чертежи, можно самостоятельно сделать и установить ветряк, обеспечив свой дом неограниченной альтернативной энергией.

Законно ли использование ветра?

Создание собственной, хоть и компактной, но электростанции – вещь серьезная, поэтому логично, что невольно возникает вопрос: а законно ли их использование? Да, если мощность запускаемой от ветра установки не будет превышать 1 кВт, что вполне хватит для обеспечения электрическим током среднего загородного дома.

Дело в том, что именно с таким показателем мощности устройство считается бытовым и не требует обязательной регистрации, сертификации, согласования, постановки на учет и, тем более, не облагается никаким налогом.

Впрочем, перед тем, как сделать ветрогенератор для дома, лучше обезопасить себя и учесть несколько моментов:

• Не приняты ли в регионе проживания особые ограничения на использование альтернативных источников энергии?
• Какова допустимая на местности высота мачты?
• Не будет ли шум от редуктора и лопастей превышать установленные нормативы?
• Предусматривать ли защиту от создаваемых эфирных помех?
• Не станет ли мачта мешать миграции птиц или вызывать другие экологические проблемы?

Если заранее продумать все нюансы, то ни налоговая, ни экологические службы, ни соседи не смогут предъявить претензии и воспрепятствовать получению бесплатной электроэнергии.

Как работает ветряк?

На фото готовые самодельные ветрогенераторы представлены вытянутыми металлическими конструкциями на трех или четырех опорах, с лопастями, двигающимися от ветра. В итоге получаемая потоком ветра кинетическая энергия преобразуется в механическую, которая в свою очередь запускает ротор и становится электрическим током.

Данный процесс является результатом налаженной работы нескольких обязательных составных элементов ветроэлектрической установки (ВЭУ):

• Пропеллер из двух и более лопастей;
• Ротор турбины;
• Редуктор;
• Контроллер;
• Ось электрического генератора и генератор;
• Инвертор;
• Аккумулятор.

Также необходимо предусмотреть тормозной блок, гондолу, мачту, флюгер, низко и высокоскоростной вал. Устройство определяет и принцип работы ветрогенератора: вращающийся ротор производит трехфазный переменный ток, проходящий через систему контроллера и заряжающий аккумулятор постоянного тока.

Конечные амперы преобразуются инвертором и направляются по подключенной проводке к выходным точкам: розеткам, освещению, бытовой технике и электроприборам.

Как сделать своими руками?

Самой надежной и простой по конструкции считается роторная ВЭУ, представляющая собой установку с вертикальной осью вращения. Готовый самодельный генератор такого типа способен полностью обеспечить энергопотребление дачи, включая оснащение жилого помещения, хозяйственных строений и уличное освещение (правда, не слишком яркое).

Если достать инвертор с показателями в 100 Вольт и аккумулятор в 75 Ампер, то ветряк будет намного мощнее и производительнее: электричества хватит и на видеонаблюдение, и на сигнализацию.

Чтобы сделать ветрогенератор, понадобятся детали конструкции, расходные материалы и инструменты. Первым делом необходимо подыскать подходящие составные элементы ветряка, многие из которых можно найти среди старых запасов:

• Генератор от автомобиля с мощностью около 12 V;
• Аккумуляторная батарея на 12 V;
• Кнопочный полугерметичный выключатель;
• Инвентор;
• Реле автомобиля, служащее для зарядки аккумулятора.

Также потребуются расходные материалы:

• Крепежи (болты, гайки, изолирующая лента);
• Стальная или алюминиевая емкость;
• Проводка сечением в 4 кв. мм (два метра) и 2,5 кв. мм (один метр);
• Мачта, тренога и другие элементы для усиления устойчивости;
• Крепкая веревка.

Желательно найти, изучить и распечатать чертежи ветрогенераторов своими руками. Потребуются и инструменты, в числе которых болгарка, метр, пассатижи, сверло, острый нож, электродрель, отвертки (крестовая, минусовая, индикаторная) и гаечные ключи.

Подготовив все необходимое, можно приступать к сборке, ориентируясь на пошаговую инструкцию, рассказывающую, как сделать ветрогенератор своими руками:

• Из металлической емкости вырезать лопасти одинакового размера, оставив у основания нетронутую полоску металла в несколько сантиметров.
• Симметрично проделать отверстия дрелью для имеющихся болтов в дне основания емкости и шкиве генератора.
• Отогнуть лопасти.
• Зафиксировать на шкиве лопасти.
• Установить и закрепить генератор на мачте хомутами или веревкой, отступив от верха порядка десяти сантиметров.
• Наладить проводку (для подключения аккумулятора достаточно метровой жилы сечением в 4 кв. мм, для нагрузки освещением и электроприборами – 2,5 кв. мм).
• Отметить схему подключения, цветовую и буквенную маркировку для будущего ремонта.
• Установить преобразователь проводом с четвертным сечением.
• При необходимости украсить конструкцию флюгером и покрасить.
• Закрепить провода, обмотав мачту установки.

Ветрогенераторы своими руками на 220 Вольт – это возможность обеспечить дачу или загородный дом бесплатной электроэнергией в кратчайшие сроки. Наладить такую установку можно даже новичку, а большинство деталей для конструкции уже давно без дела лежат в гараже.

Фото ветрогенераторов своими руками

Наше компания специализируется на внедрении альтернативных источников энергии на основе как отдельны ветрогенераторов мощностью от 0,5 до 60 кВт, так и ветропарков со суммарной генерируемой мощностью до 150 МВт.

Ветровые электростанции оснащаются в зависимости от необходимостей покупателя и климатических критериев. Производим комплектацию автономных, сетевых, комбинированных станций с использованием ветрогенераторов, солнечных модулей и трекеров, газовых и дизельных электрогенераторов.

Отсутствие некачественных комплектующих.

Предлагаем долговечные и надежные российские ветрогенераторы

Индивидуальный подход и оптимальные решения.

Заполните опросный лист, и мы подготовим для Вас персональное предложение

Современные экологически чистые технологии.

отсутствие вредоносного воздействия на людей и окружающую среду

Минимальные сроки поставки продукции.

Производственных мощностей достаточно для оперативных поставок

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

Запуск при ветре 2,5 м/с, номинальная скорость ветра: 11 м/с.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения российского производства «Falcon Euro» производятся в соответствии с Европейскими стандартами по стартовой и номинальной скоростям ветра, отличаются улучшенной отделкой лопастей, мачты, и кожуха генератора.

Ветрогенераторы «Falcon Euro» поставляются нашей компанией на экспорт, в страны, где применяются определенные стандарты к характеристикам ветрогенераторов. Станции отличает эффективная работа как при низких так и при высоких температурах, бесшумность, устойчивость к внешним воздействиям.

Вертикальные ветрогенераторы «Falcon Euro» предназначены для регионов со стабильными ветрами, где среднегодовая скорость ветра составляет не менее 5-6 метров в секунду.

Ветроэлектростанции «Falcon Euro» серийно изготавливаются мощностью от 1 до 20 кВт, так же возможно производство под заказ вертикально-осевых ветрогенераторов мощностью до 40 кВт. Конструкция ветрогенераторов защищена законодательством о авторском праве.

Преимущества вертикально-осевых ветрогенераторов “Falcon Euro”

• Коррозиестойкие материалы отделки.
• Бесшумная работа ветрогенератора.
• Короткие сроки окупаемости.
• Температура эксплуатации от -30 до +40.
• Высокий КПД.
• Двойная система торможения.

• Легкий, интуитивно понятный монтаж в соответствии с инструкцией.
• Инсталляция системы в любом регионе при любом климате, включая труднодоступные места.
• Отсутствие операторского контроля.
• Гарантия – 3 года.

Генератор (собственная разработка)

• Генерация электроэнергии начинается от 10 об/мин.
• Отсутствие полюсного залипания (легкий старт).
• Минимальный нагрев генератора.
• Высококачественные сверхсильные неодимовые магниты.
• Отсутствие щеток и скользящих контактов.

Лопасти (собственная разработка)

• Самораскручивающийся профиль лопасти, за счет феномена подъемной силы крыла.
• Уникальный профиль лопасти имеет рекордно малый коэффициент лобового сопротивления.
• Аэродинамический тормоз способствующую ограничению оборотов ветроколеса.

Система управления и преобразования

• Контролер изготавливается под заказ, в зависимости от того, на каком напряжении постоянного тока построена Ваша система.
• Индивидуальные решения при комплектации дополнительным оборудованием.
• Применение только современного и безопасного дополнительного оборудования.

Ветрогенераторы для частного дома

Горизонтально-осевые. Модельный ряд: от 0,5 до 5 кВт.

Стартовая скорость ветра: 2 м/с. Номинальная скорость: 12-13 м/с.

Домашний ветрогенератор «Condor Home» – серийный и готовый к работе продукт, не требующий при эксплуатации специальных технических знаний от клиента. Ветряки «Condor Home» изготавливаются мощностью от 0,5 до 5 кВт. Данные ВЭС приспособлены для долговременной бесперебойной работы в условиях холодного климата.

Основные характеристики ветрогенераторов «Condor Home»:

• Трубчатая составная мачта на растяжках от 8 до 12 м;
• Корпус генератора из литого алюминия либо пластика (в зависимости от модели);
• Ротор диаметром от 2,5 до 5,2 м., стеклопластиковые лопасти;
• Тихоходный генератор на постоянных магнитах (неодим-железо-бор);
• Двойная система торможения – аэродинамическая и электромагнитная (активная система безопасности ветряка);
• Контроллеры заряда на 12, 24, 48 В.

Ветрогенераторы российского производства для частного дома, с горизонтальной и вертикальной осью вращения - цены, каталог, опросный лист

Предлагаем купить российский ветрогенератор с вертикальной осью вращения по цене производителя, все мощности в наличии.

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения российского производства

Крупные ветроустановки могут быть произведены на заказ с соответствующими характеристиками, позволяющими различный тип использования (сетевые, автономные, комбинированные и т.д.)

2 ВАРИАНТ – Автономная ВЭУ + аккумуляторные батареи

3 ВАРИАНТ – Автономная ВЭУ + батареи + инвертор

4 ВАРИАНТ – Автономная ВЭУ + батареи + инвертор + дизель (бензо) генератор

5 ВАРИАНТ – Автономная ВЭУ + батареи + инвертор + дизель (бензо) генератор + сеть

Ветроустановка мощностью 0.1 кВт, ВЭУ-0.1

Микро ВЭУ – сверхмалая ветроэнергетическая установка мощностью всего 100 Вт, которая генерируется на скорости ветра всего 6 м/с. На скорости ветра 11 м/с при применении модифицированного генератора может развивать мощность до 500 Вт. Благодаря малым размерам может легко устанавливаться и транспортироваться. Используется для персональных нужд, освещения. Выход 24 В постоянного напряжения. Легко дополняется солнечными батареями.

Мощность генератора номинальная 0.1 кВт

Выходное напряжение ВЭУ 24 В пост.тока

Скорость ветра номинальная 6 м/с

Коэффициент использования энергии ветра 38%

Стартовая скорость ветра 1 м/сек

Диапазон рабочих скоростей ветра 4.. .20 м/сек

Максимальная допустимая скорость ветра 250 м/с

Номинальная частота вращения 120 об/мин

Количество лопастей 4

Диаметр ротора (колеса) 1.5 м

Высота ротора 1.5 м

Ометаемая площадь 2.25 кв.м

Высота мачты 1-2 м

50. . . +40 0C

Срок эксплуатации ВЭУ > 20 лет

Период между тех.обслуживанием > 5 лет

Масса ВЭУ ориентировочно 50 кг

Может использоваться для питания светильников общественного и персонального освещения.

Ветроустановка мощностью 1.5 кВт, ВЭУ-1.5

Портативная ветроэнергетическая установка. Благодаря малым размерам может легко транспортироваться на вьючных животных (верблюдах, оленях) и легковых автомобилях среднего класса. Может использоваться для приготовления пищи, обогрева жилища и т.д. Устанавливается без помощи грузоподъемных машин, двумя рабочими без специальных навыков с помощью лебедки. Подключив ветроустановку к аккумуляторам, можно заряжать их в ветреную погоду и использовать их емкость во время безветрия. Выпускается с выходом 48В постоянного тока и 220В/50Гц переменного тока (с инвертором).

Мощность генератора номинальная 1.5 кВт

Диапазон частоты вращения 60-220 об/мин

Номинальная частота вращения 190 об/мин

Количество лопастей 4

Хорда лопасти (длина по горизонтальному разрезу) 300 мм

Диаметр ротора (колеса) 2.3 м

Высота ротора 2.8 м

Ометаемая площадь 6.44 кв.м

Высота мачты 8-20 м

0.000058 м/с2

45 дБА

не зафиксирован

не измерялось

– электрическое поле, кВ/м не измерялось

Диапазон рабочих температур воздуха -50. . . +40 0C

Срок эксплуатации ВЭУ > 20 лет

Период между тех.обслуживанием > 5 лет

Ветроустановка мощностью 3 кВт 6-лопастная, ВЭУ-3(6)

Малая ветроустановка для обеспечения энергопитания небольшого дома, удаленного объекта. Сборка может быть осуществлена бригадой из 3-х обученных рабочих с краном или по соответствующей инструкции без грузоподъемных машин, с использованием приспособления и лебедки. При подключении к аккумуляторным батареям пиковая мощность может быть увеличена до 6 кВт с применением соответствующего инвертора. А при подключении дизель или бензогенератора – до 9 кВт. Имеется модификация 1.5 кВт для установки на крыши малоэтажных домов в районах с ограниченностью высотностью мачт и других устройств.

Выходное напряжение ВЭУ 24 (48) В пост.тока

Скорость ветра номинальная 10.4 м/с

Выходное напряжение инвертора (квазисинусоида) 220/110 В перем.тока

Номинальная частота инвертора 50/60 Гц

Стартовая скорость ветра 2.4 м/сек

Диапазон рабочих скоростей ветра 4.. .60 м/сек

Диапазон частоты вращения 60-220 об/мин

Номинальная частота вращения 180 об/мин

Количество лопастей 6

Хорда лопасти (длина по горизонтальному разрезу) 400 мм

Диаметр ротора (колеса) 3.4 м

Высота ротора 3.8 м

Ометаемая площадь 12.92 кв.м

Высота мачты 8-20 м

Вибрация (амплитуда виброускорения, м/с2) в резонансе 0.000043 м/с2

Шум, дБА (макс. уровень звука на макс.скорости) 41 дБА

Инфразвук, дБ (уровень звукового давления в октавных полосах) не зафиксирован

– магнитная индукция 50Гц, мкТл не измерялось

– электрическое поле, кВ/м не измерялось

Диапазон рабочих температур воздуха -50. . . +40 0C

Срок эксплуатации ВЭУ > 20 лет

Период между тех.обслуживанием > 5 лет

Ветроустановка мощностью 3 кВт 4-лопастная, ВЭУ-3(4)

Модификация 6-лопастной ВЭУ-3. Малая ветроустановка для обеспечения энергопитания небольшого дома, удаленного объекта. Сборка может быть осуществлена бригадой из 3-х обученных рабочих с краном или по соответствующей инструкции без грузоподъемных машин, с использованием приспособления и лебедки. При подключении к аккумуляторным батареям пиковая мощность может быть увеличена до 6 кВт с применением соответствующего инвертора. А при подключении дизель или бензогенератора – до 9 кВт. Достоинство – дешевле ВЭУ-3(6). Недостаток – неплавная работа ротора, есть рывки.

Мощность генератора номинальная 3 кВт

Выходное напряжение ВЭУ 24 (48) В пост.тока

Скорость ветра номинальная 10.4 м/с

Выходное напряжение инвертора (квазисинусоида) 220/110 В перем.тока

Номинальная частота инвертора 50/60 Гц

Стартовая скорость ветра 3 м/сек

Диапазон рабочих скоростей ветра 4.. .60 м/сек

Диапазон частоты вращения 60-220 об/мин

Количество лопастей 4

Хорда лопасти (длина по горизонтальному разрезу) 4600 мм

Диаметр ротора (колеса) 3.4 м

Высота ротора 4.2 м

Ометаемая площадь 14.28 кв.м

Высота мачты 8-20 м

Вибрация (амплитуда виброускорения, м/с2) в резонансе 0.000098 м/с2

Шум, дБА (макс. уровень звука на макс.скорости) 47 дБА

Инфразвук, дБ (уровень звукового давления в октавных полосах) не зафиксирован

– магнитная индукция 50Гц, мкТл не измерялось

– электрическое поле, кВ/м не измерялось

Диапазон рабочих температур воздуха -50. . . +40 0C

Срок эксплуатации ВЭУ > 20 лет

Период между тех.обслуживанием > 5 лет

Ветроустановка мощностью 5 кВт 6-лопастная, ВЭУ-5(6)

Малая ветроустановка для обеспечения энергопитания небольшого дома, удаленного объекта. Сборка может быть осуществлена бригадой из 3-х обученных рабочих с краном или по соответствующей инструкции без грузоподъемных машин, с использованием приспособления и лебедки. При подключении к аккумуляторным батареям пиковая мощность может быть увеличена до 10 кВт с применением соответствующего инвертора. А при подключении дизель или бензогенератора – до 15 кВт.

Мощность генератора номинальная 5 кВт

Выходное напряжение ВЭУ 48(96) В пост.тока

Скорость ветра номинальная 10.4 м/с

Выходное напряжение инвертора (квазисинусоида) 220/110 В перем.тока

Номинальная частота инвертора 50/60 Гц

Стартовая скорость ветра 3.5 м/сек

Диапазон рабочих скоростей ветра 4.. .60 м/сек

Диапазон частоты вращения 60-160 об/мин

Номинальная частота вращения 160 об/мин

Количество лопастей 6

Хорда лопасти (длина по горизонтальному разрезу) 460 мм

Диаметр ротора (колеса) 5.1 м

Высота ротора 4.0 м

Ометаемая площадь 20.4 кв.м

Высота мачты 8-20 м

Вибрация (амплитуда виброускорения, м/с2) в резонансе 0.000043 м/с2

Шум, дБА (макс. уровень звука на макс.скорости) 43 дБА

Инфразвук, дБ (уровень звукового давления в октавных полосах) не зафиксирован

– магнитная индукция 50Гц, мкТл не измерялось

– электрическое поле, кВ/м не измерялось

Диапазон рабочих температур воздуха -50. . . +40 0C

Срок эксплуатации ВЭУ > 20 лет

Период между тех.обслуживанием > 5 лет

Ветроустановка мощностью 30 кВт, ВЭУ-30

Ветроэнергетическая установка находится в стадии полевых испытаний опытных образцов. Ветроустановка может служить удобным автономным источником энергопитания для большого коттеджа, группы домов, офиса или небольшого цеха, выдавая на пике до 90 кВт (30 кВт выдает ВЭУ, 30 кВт выдает блок аккумуляторов в течение 30-40 минут, 30 кВт выдает дизель-генераторная установка). ВЭУ-30 выпускаются под заказ.

Мощность генератора номинальная 30 кВт

Выходное напряжение ВЭУ 96 (400) В пост.тока

Скорость ветра номинальная 10.4 м/с

Выходное напряжение инвертора (квазисинусоида) 220/110 В или 380В перем.тока

Номинальная частота инвертора 50/60 Гц

Стартовая скорость ветра 3.4 м/сек

Диапазон рабочих скоростей ветра 4.. .60 м/сек

Диапазон частоты вращения 25-65 об/мин

Номинальная частота вращения 50 об/мин

Количество лопастей 6

Хорда лопасти (длина по горизонтальному разрезу) 950 мм

Диаметр ротора (колеса) 9,2 м

Высота ротора 12 м

Ометаемая площадь 110,4 кв.м

Высота мачты 15,9 м

Вибрация (амплитуда виброускорения, м/с2) в резонансе 0.000091 м/с2

Шум, дБА (макс. уровень звука на макс.скорости) 68 дБА

Инфразвук, дБ (уровень звукового давления в октавных полосах) не зафиксирован

– магнитная индукция 50Гц, мкТл до 8 мкТл

Диапазон рабочих температур воздуха -50. . . +40 0C

Срок эксплуатации ВЭУ > 20 лет

Период между тех.обслуживанием > 5 лет

Например, в системе комбинированного (в т.ч. и автономного) энерго-водо-водородо-кислородо-обеспечения ветроэнергетическая установка (ВЭУ) вместе с другими источниками электрического тока в ветренную погоду не только снабжает потребителя электроэнергией, но и питает электролизер – модуль расщепления воды на кислород и водород, которые запасаются в соответствующих емкостях для хранения (баллонах, цистернах). Данные газы используются для хозяйственных нужд, кроме того, водород можно использоваться для заправки личного автомобиля и т.д.

ООО - Юнитор-М

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения российского производства Крупные ветроустановки могут быть произведены на заказ с соответствующими характеристиками, позволяющими различный тип

Вертикальный ветрогенератор или ветроустановки с вертикальной осью вращения

Принцип работы вертикального ветрогенератора

Почему ветрогенератор называют “вертикальным”? На этот вопрос приходится давать пояснения в первую очередь. Разумеется, вертикальным ветряк именуют не из-а того, что стоит он на вертикальной мачте. А в связи с тем, что воображаемая ось вращения генератора также вертикальна как и мачта на которой он и находится. При этом, если бы на этом генераторе был закреплён винт как у горизонтального ветряка, то он находился и вращался бы в горизонтальной плоскости. То есть ветер пролетал бы мимо винта, что само по себе абсурдно. Рабочая поверхность которую толкает ветер должна быть перпендикулярна, ну, или почти перпендикулярна направлению его движения.

Наиболее показательно это воплощено в вертикальных ветрогенераторах роторного типа. Такой ветрогенератор представлен на фотографии. Не будем вдаваться сейчас в излишние подробности, отметим просто, что именно ортогональный тип ротора в вертикальных ветрогенераторах получил наибольшее распространение.

Особенности вертикального ветрогенератора

Роторные ветрогенераторы наименее шумны. Это связано с тем, что на них ставятся низкооборотные генераторы. Ведь нельзя допустить быстрого вращения. Представьте какую центробежную силу могут развить при этом лопасти! Поэтому вертикальные ветряки считают бесшумными, ведь его лопасти обычно не разгоняются более чем 200-300 об./мин. В силу такие ветряки могут монтироваться в практически вплотную к постройкам или даже на них, а так посреди городской застройки.

Другая особенность, дающая свои преимущества вертикалкам – отсутствие необходимости его ориентации на ветер. В то время как при резкой смене направления ветра традиционный горизонтальный ветряк оказывается в другой к ветру плоскости и обороты его падают, вертикальные ветрогенератор улавливает ветер с любой стороны.

Роторный ветрогенеряк реализует энергию воздушных масс не от одних лишь только горизонтальных их перемещений, но и от иных. Восходящие, нисходящие, вихревые потоки тоже участвуют. Это позволяет использовать данные ветроустановки в местах, где широкие открытые местности отсутствуют.

Вертикальным ветрогенераторам нет необходимости поворачиваться к ветру в зависимости от смены его направления, такое свойство позволяет ветряку устойчиво работать при ветрах резко изменяющих своё направление. Поэтому они более устойчивы к штормовым ветрам.

Есть и другие положительные моменты вертикальных ветрогенераторов:

1. Первое – это «буреустойчивость». Лопасти не “встроены” в одну плоскость, как винт традиционного ветряка. Они постоянно уходят от ветра, поэтому установкам не так страшен буревой ветер и могут использоваться в широком скоростном диапазоне ветров (от 2 до 50 м/сек). С увеличением силы ветра и ростом оборотов возникает эффект волчка и устойчивость ветряка только возрастает.
2. Второе – устойчивость установок вертикального типа к погодным условиям. Они менее чувствительны к снегопадам и обледенениям, хорошо работают и в снежную пору, даже при налипании снега на лопасти.
3. “Вертикалку” возможно смонтировать на различных сооружениях: крыше здания, платформе, вышке и т.п.;
4. Относительно небольшая скорость вращения ротора повышает ресурс работы подшипников и общий, следовательно, общий ресурс.

Какие вертикальные ветрогенераторы выпускаются

Осуществляется серийный выпуск ветроэлектрических установок с воздушным движителем роторного типа с вертикальной осью вращения “ВЕРТИКАЛЬ” номинальной мощностью от 500 до 3000 Вт.

Ветрогенераторы вертикальные ортогональные (роторные) выпускаются с роторами в одноярусном и многоярусном исполнении в зависимости от конструкции ротора и мощности устанавливаемого генератора.

Улучшить эксплуатационные характеристики ветроустановок и удобство пользования позволяет использование контроллеров заряда АКБ “Русский ветер”. Они обладают повышенной надёжностью и функциональностью.

Технические характеристики вертикального ветрогенератора:

• рабочий диапазон скорости ветра от 2 до 50 м/сек.;
• напряжение на АКБ – 12/48 Вольт;
• защита от буревых ветров осуществляется автоматическим контролем за скоростью вращения ротора и заблаговременным его торможением;
• “интеллектуальное” притормаживание ротора для поддержания режима заряда АКБ без потери оборотов его вращения
• электрическая блокировка вращения генератора;
• мачты стальные различных типов: секционные, трубчатые, типа “журавль”
• высота крыла-лопасти – до 2,0 метров
• материал лопасти – стеклопластик с металлическим каркасом, аллюминий
• номинальная скорость вращения ротора до 300 об/мин.
• высота мачты от 1,8 до 20 м.
• диаметр ротора – до 3 метров.

Подытожим так: на теоретическом уровне можно рассматривать массу аргументов “за” и “против”. Но, в конечном счёте, всё “уравновешивает” практика. Именно она даст возможность судить какие типы ветрогенераторов и в каких случаях окажутся более приемлемы для использования. Сегодня с определённостью можно отметить, что традиционный пропеллерный ветряк заметно дешевле. Для кого-то это более существенно. А для кого-то более важными окажутся иные моменты.

Так или иначе, первый опыт показал, что надежды связанные с вертикальноосевой “парадигмой” не безосновательны. Вертикальные ветрогенераторы успешно работают и их конструкции продолжают совершенствоваться.

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения 4-го поколения, 3 кВт

Что такое VAWT?

VAWT – Vertical Axis Wind Turbine – ветровой генератор 4-го поколения с вертикальной осью вращения, изменяемым углом атаки лопаток турбины и автоматической гидравлической системой торможения.

Ветровые генераторы 4-го поколения с вертикальной осью вращения аэродинамического колеса отличаются от традиционных горизонтально ориентированных турбин по конструкции и области применения. Так, например, ветрогенератор нового 4-го поколения с вертикальной осью должен иметь систему изменения угла атаки лопаток турбины для управления скоростью вращения турбины генератора, использовать один и тот же вал для ветряного колеса и генератора, автоматическую систему механического торможения и т.д.

Мы предлагаем широкий выбор ветрогенераторов с вертикальной осью от 500 Вт, 1 кВт, 3 кВт, 5 кВт, 10 кВт и до 60 кВт. Все они имеют систему управления углом атаки лопастей колеса турбины и автоматическую систему гидравлического торможения.

Комбинированная электростанция – ветро-солнечная гибридная система – наилучшее техническое решение для мегаполиса.

Технически продуманный VAWT ветрогенератор должен обладать тремя основными характеристиками:

1. Высокая эффективность. Его эффективность должна быть не менее традиционного горизонтального генератора.
2. Наличие системы управления углом атаки лопаток по скорости, а не сброса полезной нагрузки.
3. Автоматическая система механического торможения гораздо предпочтительнее, чем генератор короткого замыкания.

Основные преимущества VAWT ветрогенераторов

• Безопасная конструкция ветрогенератора с мощными лопастями.
• Снижение рабочих шумов, шума практически не слышно.
• Ветрогенераторы безопасны для птиц, никаких угроз для диких животных.
• Наивысшая выработка электроэнергии при низкой скорости ветра.
• Простое обслуживание и низкая стоимость технического обслуживания.
• Долгий срок службы ветрогенератора благодаря стабильной структуре ротора.
• Мачта ветрогенератора требует меньший фундамент.
• Легко интегрируется в архитектуру городского и загородного ландшафтов.
• Направление ветра 360 градусов для производства электроэнергии.

Дополнительные преимущества VAWT ветрогенераторов

• Начинают работать при скорости ветра 2 м/с.
• Эффективность системы SAWT эквивалентна большим горизонтальным турбинам.
• Система управления углом атаки лопастей турбины.
• Автоматическая система гидравлического торможения.
• Хорошо спроектированная мачта и фундамент.
• Простая установка.

Инновационные технологии

• Влагозащищенный корпус;
• Высокоэффективная аэродинамическая конструкция;
• Коррозионостойкие алюминиевые сплавы;
• Специальные материалы конструкции;
• Отсутствие шума.

Особенности конструкции

• Два года ограниченной гарантии;
• Наивысший стандарт качества (ISO9001);
• Широкий диапазон рабочих температур (-20℃ +65℃);
• Надежная защита от влаги, тумана и осадков;
• Защита от штормового ветра;
• Высококачественные компоненты и комплектующие.

Высокая эффективность

• Низкая стартовая скорость;
• Большой диапазон рабочих скоростей ветра от 2 до 55 м/с;
• Автоматическая система управления.

Выгодная логистика, упаковка и монтаж

• Легкий и компактный;
• Простой в установке и монтаже;
• Инсталляция в труднодоступных местах.

На большей части территории Восточной Европы, скорость ветра летом сравнительно небольшая, но достаточно много солнца и продолжительный световой день. В то время как зимой, наоборот, много сильных ветров и меньше солнечного света. Поскольку пик работ по производству электроэнергии у ветровой и солнечной систем приходится на различное время суток и года, то гибридная система, соответственно, производит энергии больше, и тогда, когда это действительно необходимо.

Ветровая турбина, мачта, аккумуляторные батареи, фотоэлектрические модули, инвертор и гибридный ветро-солнечный контроллер представляют собой ветроэнергетическую электрогенераторную установку – единое автоматическое устройство, которое одновременно вырабатывает электрический ток, управляет и преобразует энергию ветра и солнца в электрический ток чистого синуса.

Ветроэнергетическая электрогенераторная установка может передавать, управлять и хранить на специальных гелевых батареях электроэнергию, вырабатываемую ветровой турбиной и солнечными фотоэлектрическими модулями. Система может преобразовывать постоянный ток аккумуляторных батарей в переменный чистый синусоидальный ток напряжением 220 / 380 Вольт.

Инвертор системы не только обладает совершенным внешним видом, снабжен жидкокристаллическим монитором, и удобен в эксплуатации, но также, имеет защиту от избыточного заряда аккумуляторных батарей, перенапряжения, перегрева, понижения напряжения, ошибки подключения к полюсам аккумуляторной батареи. Кроме того, он имеет устройство автоматической утилизации избыточной энергии. В инверторе использован высокоэффективный и надежный американский микроконтроллер, являющийся важным компонентом системы управления. Электронное оборудование производится в ЕС, Японии, Китае, США и других странах.

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения 4-го поколения, 3 кВт: продажа, цена в регионе

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения 4-го поколения, 3 кВт. Подробная информация о товаре/услуге и поставщике. Цена и условия поставки

Расчет вертикального ветряка по сути ни чем не отличается от расчета обычного горизонтального. Но в расчете есть свои особенности так-как вертикальные ветряки типа "Бочка" работают не за счет подъемной силы, а за счет давления ветра на лопасти. Далее я приведу пример расчета ветряка в общих чертах. Расчет хоть и довольно точный, но он дает общее представление о мощности ветрогенератора, но не учитываются многие факторы, которые могут значительно влиять на реальный результат.

Самодельный вертикальный ветрогенератор

Для примера фото вертикального ветряка типа "Бочка"

К примеру мы хотим сделать ветрогенератор типа "Бочка" размером по ширине 2 метра, и высотой 3 метра. Количество лопастей не имеет особого значения, и скажем у нас 4 полукруглых лопасти. Для начала нам нужно узнать сколько энергии мы вообще можем получить с этого ротора.

Для расчета есть простая формула:

P=0.6*S*V^3

P - мощность Ватт

S - площадь ометания лопастей кв.м.

V^3 - Скорость ветра в кубе м/с

0.6 - это скорость ветра. Ветер движущийся в пространстве принимается за единицу, но ветер при подходе к любому препятствию теряет свою скорость и мощность. Так-как потери в скорости нам не известны, то будем брать 0.6, это с учетом того что ветер потеряет скорость на 33%.

Дополнительно формула расчета площади круга S=πr2 , где

π - 3,14

r - радиус окружности в квадрате

Вообще вертикальные ветряки подобно рекламным щитам ветер тормозят очень сильно, и перед препятствием образуется воздушная подушка, натыкаясь на которую новые порции ветра расходятся по сторонам и 30-40% энергии ветра уходит не принимая участия в давлении на лопасти. По-этому общий КПД, или по правильному КИЭВ ветроколеса у вертикальных ветряков достаточно низкий и составляет всего 10-20% от энергии ветра.

Из анализа самодельных вертикальных ветряков КИЭВ в основном 10% всего, но мы-же оптимисты, по-этому я буду брать КИЭВ 0.2, хотя здесь еще не учитывается КПД генератора и трансмиссии.

0.6*6*2*2*2*0.2=5,76 ватт при 2м/с

0.6*6*3*3*3*0.2=19,44 ватт при 3м/с

0.6*6*4*4*4*0.2=46,08 ватт при 4м/с

0.6*6*5*5*5*0.2=90 ватт при 5м/с

0.6*6*7*7*7*0.2=246 ватт при 7м/с

0.6*6*10*10*10*0.2=720 ватт при 10м/с

Теперь понятно на что способен данный ротор. Далее нам нужно подогнать генератор к этому ротору чтобы генератор смог вырабатывать максимально возможную мощность, которая имеется на роторе, и при этом не перегружать ротор - чтобы он мог вращаться и его обороты сильно не падали. Иначе толку не будет, выработка энергии сильно упадет. Чтобы подогнать генератор нам нужно узнать обороты ветроколеса на каждой скорости ветра.

В отличие от горизонтальных ветряков, где скорость вращения кончиков лопастей обычно в 5 раз быстрее скорости ветра, вертикальный ветрогенератор не может вращаться быстрее скорости ветра. Это связано с тем что тут ветер просто толкает лопасть, и она начинает двигаться с потоком проходящего ветра. А горизонтальный винт работает за счет подъемной силы, которая образуется у тыльной части лопасти, и она выдавливает лопасть вперед, и тут обороты ограничиваются только аэродинамическими свойствами лопасти и подъемной силой.

Вдаваться в подробности не будем, и вернемся к нашему ветроколесу. Чтобы высчитать обороты ротора размером 2*3 метра, где ширина ротора 2 метра, нужно узнать длину окружности ротора. 2*3,14=6.28 метра, то-есть за один оборот кончик лопасти проходит путь в 6.28 метра. Это значит что в идеале полный оборот ротор сделает за проходящий поток ветра длинной 6.28 метра. Но так-как энергия тратится на вращение, на трансмиссию, да еще и на вращение генератора - который нагружен аккумулятором, то обороты упадут в среднем в два раза. И того полный оборот ротор сделает за 12 метров потока ветра.

Тогда получается так, если ветер 3м/с, то при этом ветре за секунду ротор сделает 0,4 оборота, а за 4 секунды полный оборот. А за минуту при ветре 3м/с будет 60:4=15об/м.

При 3м/с 12:3=4, 60:4=15об/м

При 4м/с будет 12:4=3, 60:3=20об/м.

При ветре 5м/с 12:5=2.4, 60:2.4=25об/м.

При 7м/с 12:7=1.71, 60:1,71=35об/м

При 10м/с 12:10=1.2, 60:1.2=50об/м

С оборотами ветроколеса я думаю теперь понятно, и они известны. Чем больше в диаметре ветроколесо, тем меньше его обороты относительно скорости ветра. Так к примеру ветроколесо диаметром 1 метр будет крутится в два раза быстрее чем ветроколесо 2м в диаметре.

Теперь нужен генератор, который на этих оборотах должен вырабатывать мощность не более чем может выдать ветроколесо. А если генератор будет мощнее, то он перегрузит ротор, и тот не сможет раскрутится до своих оборотов, и в итоге обороты будут низкие и общая мощность. При ветре 3м/с у нас 15 об/м, и мощность ветроколеса 19 ватт , вот нужно чтобы генератор нагружал ротор не более 19ватт. Это с учетом КПД редуктора (если он имеется) и КПД самого генератора. КПД редуктора и генератора обычно не известны, но на них тоже значительные потери, и в общем на этом теряется 20-50% энергии, и на выходе на аккумулятор уже поступает всего 50%, это в нашем случае 10ватт примерно.

Если генератор перегрузит ветроколесо, то его обороты не выйдут на номинальные, и будут значительно ниже скорости ветра. От этого упадут обороты генератора и его мощность. Плюс еще значительно медленные по скорости лопасти относительно ветра, будут его сильно тормозить и ветер будет разбегаться в стороны, в итоге мощность ветроколеса упадет еще больше. Так со слишком мощным генератором энергии на аккумулятор будет в разы меньше чем могло бы быть. Или наоборот, когда генератор слишком слабый и при 15об/м ветроколеса не может на полную нагрузить ветроколесо, то то-же получается что мы берем гораздо меньше энергии от возможной.

В итоге генератор должен соответствовать по мощности ветроколесу, только так мы можем снять максимально возможную мощность ветроколеса. Это можно сказать самая сложная задача так-как генератор может абсолютно разных характеристик напряжения и тока к оборотам. Чтобы подобрать генератор его нужно покрутить на аккумулятор и измерить отдаваемую энергию, или просчитать по формулам. А далее уже пробовать подгонять к ветроколесу.

К примеру у вашего генератора при 300об/м 1Ампет на АКБ 14вольт, это примерно 14ватт, а ветроколесо выдает 19ватт при 15об/м. Значит мультипликатор нужен 1:20 чтобы генератор крутился при этом на 300об/м. При 5м/с обороты ветроколеса 25об/м, а генератор значит будет вращаться со скоростью 500об/м. Мощность ветроколеса у нас при этом всего 90ватт, а генератор превышает по мощности и дает 200ватт. Так не пойдет ветроколесо просто будет медленно вращаться и свои 90ватт не выдаст - а 200ватт тем-более. Выход - или жертвовать началом зарядки и делать редуктор 1:15, или увеличивать по высоте ветроколесо в два раза чтобы ветроколесо потянуло генератор.

Так нужно чтобы генератор соответствовал по мощности и оборотам на всем диапазоне вращения ветроколеса. А если генератор не-дотягивает по мощности, то нужно или увеличивать передаточное число мультипликатора, или уменьшать ротор чтобы добиться баланса между оборотами и мощностью ветроколеса и генератора. Часто люди вообще без всяких расчетов ставят генераторы от чего найдут, и строят ветроколесо насмотревшись видео с ютюба, а в итоге получается что ветрогенератор не работает на малом ветру и по мощности просто мизер совсем.

В последнее время поклонники возобновляемых источников энергии отдают предпочтение вертикальным конструкциям ветряков. Горизонтальные уходят в историю. Дело не только в том, что смастерить вертикальный ветрогенератор своими руками легче, чем горизонтальный. Основным мотивом такого выбора является эффективность и надежность.

Преимущества вертикального ветряка

1. Вертикальная конструкция ветряка лучше ловит ветер: нет необходимости определять, откуда он дует и ориентировать лопасти под воздушный поток. 2. Установка такого оборудования не требует высокого его расположения, а это значит, что вертикальный ветряк своими руками будет легче обслужить. 3. Конструкция содержит меньше движущихся деталей, что повышает ее надежность. 4. Оптимальный профиль лопастей повышает КПД ветряка. 5. Многополюсный генератор, использующийся для выработки электроэнергии, является менее шумным.

Расскажем о том, как изготовить детали и собрать вертикальный ветрогенератор своими руками.

Алгоритм действий при изготовлении турбины своими руками

1. Опоры (верхняя и нижняя) лопастей представляют собой две концентрические окружности одинаковых по размеру. Изготавливают их из ABS пластика – вырезают лобзиком. В одной из них (она будет верхней) проделывают отверстие диаметром 300 мм.

2. Нижняя опора должна опираться на хаб, в качестве которой можно использовать ступицу легкового автомобиля. Для соединения деталей нужно разметить и высверлить 4 отверстия. 3. Собирая вертикальный ветрогенератор своими руками, особое внимание уделяют креплению лопастей. Для правильного расположения лопастей нужен шаблон. На нижней опоре чертим шестиконечную звезду (звезду Давида), углы которой будут находиться на краю окружности. Проецируем чертеж на верхнюю опору. Лопасти изготавливаем из тонкого листового металла в виде полоски длиной 1160 мм, ширина которых – чуть больше стороны луча звезды.

4. Крепят лопасти двумя уголками вверху и внизу, при этом они должны быть изогнуты так, чтобы образовалась четверть круга. Располагают их друг за другом по окружности, устанавливая на грани лучей.

Изготавливаем ротор

1. Основания для ротора диаметром 400 мм выпиливают из фанеры толщиной 10 мм. По внешнему радиусу с помощью жидких гвоздей или эпоксидного клея крепят постоянные неодимовые магниты с высокой индуктивностью. Располагают их аналогично цифрам на часовом циферблате (ровно 12 шт) с соблюдением полярности (их рекомендуется промаркировать). Чтобы магниты не сошли со своего места, их временно фиксируют распорками из деревянных клиньев.

2. Второй ротор делают аналогично и симметрично первому. Разница в полярности магнитов – она должна быть противоположной.

Как собрать статор

Статор собирается из 9-ти катушек индуктивности. Должно быть з группы последовательно соединенных катушек (по 3 шт. в группе): конец предыдущей соединяется с началом следующей (конфигурация «звезда»). Располагаются катушки симметрично в вершинах трех треугольников, вписанных в окружность. Намотка выполняется медным проводом 0,51 мм в диаметре (тип – 24 AWG). Необходимо 320 витков. Это позволит получить на выходе генератора напряжение 100 В при 120 об/мин. турбины. Вертикальный ветрогенератор своими руками можно смастерить с различными параметрами выходного напряжения и тока путем уменьшения/увеличения количества витков и диаметра намоточного провода статора. Витки катушек наматываются одинаково. Необходимо соблюдать направление намотки и отмечать ее начало и конец. Поверх наружного витка наносится эпоксидный клей и наматывается в четырех местах изолента – для препятствования разматыванию.

Правила и нюансы соединения катушек

Концы катушек необходимо очистить от лаковой изоляции. Соединения выполняются пайкой. Подготовленные таким образом катушки укладывают на бумажный лист, на который наносят схему их расположения (в соответствии с положением постоянных магнитов ротора). Фиксируют их скотчем. Все свободные поля бумаги (кроме центров катушек) заклеивают стеклотканью, заливая эпоксидную смолу с отвердителем. Выводы обмоток должны располагаться снаружи или внутри статора. Для крепления кронштейна в статоре проделывают отверстия.

Окончательная сборка и установка

На одну ось собираются (сверху – вниз): нижняя опора лопастей, диск с постоянными магнитами (верхнее основание ротора), статор, нижнее основание ротора и ступица. Все составляющие крепятся шпильками к кронштейну. Для хорошего контакта используем болты из нержавеющей стали. Доработав остальные мелочи, получаем готовое устройство. Вертикальный ветряк своими руками следует устанавливать на отрытой местности, там, где сила ветра наибольшая. Желательно, чтобы вблизи не было высоких сооружений. Тогда ветрогенератор будет эффективно вырабатывать электроэнергию, что поможет сэкономить средства.