Автомобильный генератор с приводом от ветряка — особенности и способы создания ветрогенератора

Электрическая энергия обладает уникальным свойством — ее можно производить в любых количествах. Она не нуждается в топливе, не требует использования полезных ископаемых. Единственной необходимостью становится использование соответствующего оборудования, обладающего достаточной производительностью и мощностью.

В нашей стране преобладающим видом является гидроэнергетика, но ее возможности следует рассматривать со стратегических позиций. Для получения электричества в небольших количествах многими пользователями используется энергия ветра. Она достается бесплатно и доступна практически везде.

Остается только собрать небольшую ветровую электростанцию, а в качестве преобразователя вращательной энергии в электричество можно использовать автомобильный генератор.

Перспективы и эффективность ветроэнергетики

Ветроэнергетика является одним из наиболее перспективных видов альтернативной энергетики. Она уступает по своим показателям гидроэнергетике, но может использоваться повсеместно и в локальных масштабах.

Устройство для выработки электричества помощью энергии ветра — это ветроэлектростанция (ВЭС). В мире использование подобных станций является довольно распространенным явлением — все регионы, где нет рек и рельеф не позволяет использовать гидроэнергетику, используют ВЭС.

Это дает немалые преимущества:

  • абсолютная экологическая безопасность;
  • энергия ветра неисчерпаема, нет опасений выработать ее без остатка;
  • установки для выработки энергии не оказывают препятствия для использования территории в сельскохозяйственных целях;
  • нет привязки к местности — в отличие от гидростанций, ВЭС можно установить в непосредственной близости от потребителя;
  • расходы на производство энергии известны заранее, что дает возможность прогнозировать режим работы системы;
  • обслуживание техники не представляет серьезных проблем.

  • Есть и недостатки — например, нестабильность ветровых потоков или необходимость создания мощных установок для выработки серьезных мощностей.

Однако, крупные ВЭС давно существуют в США, Китае, Европе и Австралии. Они доказали свою эффективность и перспективность, способность обеспечивать электроэнергией как жилые районы, так и промышленные предприятия.

Как устроена ветровая электростанция

Ветровая электростанция — это комплекс оборудования, составленный из нескольких узлов:

  • крыльчатка, или ветряк — это устройство для преобразования энергии воздушных потоков во вращательное движение;
  • генератор, вырабатывающий электроэнергию от вращения с помощью привода от ветряка;

  • аккумуляторные батареи, накаливающие заряд для отдачи его потребителям;
  • комплекс приборов и аппаратуры для преобразования полученной энергии в нужное состояние (напряжение, постоянный/переменный ток, частота и т. п.).

Каждый из этих узлов выполняет свою задачу и является абсолютно необходимым элементом. Есть небольшие установки с упрощенным составом, но они ограничены в функционале и используются только для решения небольших локальных задач (например, для освещения дорожек или служебных помещения).

Схема работы ВЭС:

  1. Крыльчатка вращается и передает движение на ось генератора;
  2. Генератор вырабатывает электроэнергию и заряжает аккумуляторные батареи (АКБ);
  3. Заряд АКБ регулируется контроллером напряжения (прибор, регулирующий и распределяющий нагрузки, а также исключающий возникновение критических состояний АКБ — перезаряд или переразряд);
  4. Аккумуляторные батареи отдают заряд на преобразователь тока (инвертор-преобразователь), которые выдает стандартный переменный ток с напряжением 230 В и частотой 50 Гц.

Иногда используют схему питания потребителей напрямую от аккумулятора. Это позволяет значительно уменьшить стоимость всей установки (инвертор тока стоит довольно дорого). Однако, на выходе получается постоянный ток с напряжением, зависящим от состояния и уровня заряда аккумулятора. Как правило, такие схемы используются только для освещения и встречаются обычно в дачных поселках.

Можно ли применить автомобильный генератор

Одним из наиболее ответственных устройств, использующихся в ветрогенераторных установках, является генератор тока. Именно он преобразует вращение в электрический ток. От генератора зависит эффективность работы всей системы, выдаваемая мощность и стабильность подачи напряжения на приборы потребления.

Автомобильный генератор — это один из наиболее доступных вариантов конструкции. Однако, необходимо учитывать, что режим его работы в автомобиле весьма сильно отличается от условий использования в составе ВЭС.

Прежде всего, отличается скорость вращения ротора — в автомобиле она составляет от 4 до 6 тыс. об/мин, что значительно больше, чем способен обеспечить ветряк.

Для решения этой проблемы могут быть использованы два варианта:

Использование повышающего редуктора

Перемотка обмоток статора под малые обороты

Первый вариант используется редко.

Здесь несколько причин:

  • отсутствие подходящих устройств;

  • увеличение веса установки;

  • слишком слабое усилие на валу крыльчатки, не позволяющее вращать редуктор.

Примечательно, что эти причины присутствуют сразу все вместе, что делает использование редукторов нецелесообразным.

Кроме этого, редуктор — сложный механизм, требующий обслуживания и ремонта. В суровых российских условиях он не способен работать без постоянного наблюдения, что делает его фактором риска и причиной лишних забот.

Гораздо проще сразу передавать вращение на ротор генератора, переделанного под малые обороты.

Достоинства и недостатки автомобильного генератора

К достоинствам автомобильного генератора в составе локальной ВЭС можно отнести:

  • готовое устройство, способное выполнять свои функции после небольшой модификации;
  • стабильное напряжение на выходе;
  • можно применять стандартные устройства без серьезных переделок или создания собственных конструкций;
  • наличие запчастей, высокая ремонтопригодность механизма.

Недостатками автомобильных генераторов следует считать:

  • устройство предназначено к работе на высоких скоростях;
  • ресурс автомобильного генератора невелик;
  • некоторые модели требуют подачи напряжения на катушку.

Самым серьезным недостатком является ограниченный ресурс генератора. Он составляет всего 4000 часов работы, чего при непрерывной эксплуатации не хватит даже на полгода.

Однако, здесь надо сделать поправку на режим вращения — этот ресурс рассчитан на высокие обороты. Если их уменьшить, срок службы генератора многократно увеличится.

Большинство пользователей считает автомобильный генератор если не единственным, то наиболее доступным и проверенным вариантом конструкции генератора для самодельной ВЭС.

Изготовление и сборка ветрогенератора

Рассмотрим порядок изготовления простого ветрогенератора из автомобильного генератора.

Для простоты примем следующий состав оборудования:

  • крыльчатка;

  • автомобильный генератор, оптимизированный под малые обороты;

  • аккумулятор.

Отсутствие контроллера и инвертора-преобразователя в данном случае не меняет основного принципа работы установки. При необходимости эти приборы можно подключить к имеющемуся ветрогенератору и получить полноценную домашнюю электростанцию, способную питать бытовые электроприборы.

Подготовка

Подготовка к изготовлению ветрогенератора состоит из нескольких важных действий:

  • составление проекта (рабочий чертеж, расчеты и т. д.);

  • приобретение всех материалов и инструментов;

  • подготовка места под монтаж вышки с крыльчаткой.

Проект не обязательно составлять и оформлять по всем правилам. Достаточно сделать рабочий чертеж, составить схему всех подключений, подсчитать нагрузки и прочие параметры.

Кроме этого, надо решить вопрос с крыльчаткой — определиться с ее размерами и высотой установки, выбрать тип опорной конструкции, решить вопрос относительно подъема и спуска устройства для ремонта и обслуживания.

Мнение эксперта
Левин Дмитрий Константинович
В первую очередь надо собрать максимально полную информацию относительно местной метеорологической обстановки. От нее зависит, как стабильно будут вращаться лопасти крыльчатки и, соответственно, будет вырабатываться электроэнергия.

Необходимо выяснить, случаются ли внезапные шквалистые порывы ветра и принять меры для компенсации возможных нагрузок. Чаще всего в таких условиях лопасти крыльчатки крепят не жестко, а на пружинах — сильный порыв ветра преодолеет их усилие и просто прижмет лопасти, а не отломит их.

Инструменты и материалы

Для сборки ветрогенератора понадобятся следующие инструменты:

болгарка с отрезным и шлифовальным дисками;
измерительные инструменты — рулетка, линейка, угольник;
пассатижи, молоток, отвертка;
сварочный инвертор с набором электродов;
электродрель с набором сверл;
паяльник и припой.

Из материалов надо подготовить:

трубы для изготовления мачты;
поливная алюминиевая труба для изготовления лопастей крыльчатки (длиной около 70 см);
аккумулятор;
соединительный кабель;
металлические хомуты для фиксации генератора на мачте;
устройство для подъема мачты (можно использовать доработанный домкрат).

Перечислены только самые необходимые принадлежности. В процессе изготовления могут понадобиться и другие материалы или инструменты. Здесь все зависит от возможностей и навыка мастера.

Изготовление крыльчатки

Для изготовления лопастей крыльчатки можно использовать отрезок алюминиевой поливной трубы диаметром 20 см. Понадобится около 70 см трубы, это позволит изготовить крыльчатку диаметром около 1,5 м.

Алюминиевую трубу распиливают в продольном направлении на 4 одинаковые части. Затем примерно с середины каждую из них делают немного уже и закругляют торцы — это будут внешние концы лопастей. Затем берут алюминиевую пластину (оптимально — круглой формы) и сверлят в ее центре отверстие, диаметр которого соответствует размеру оси генератора.

Лопасти устанавливают на пластину так, чтобы они находились на одинаковом расстоянии от центра. Это очень важный момент, так как малейший дисбаланс будет создавать избыточную нагрузку на подшипники и на алюминиевые ступицы.

Понадобится тщательная балансировка крыльчатки, в более тяжелых участках сверлят отверстия и добиваются идеального распределения веса.

Устанавливают крыльчатку прямо на ось генератора. Однако, эту процедуру выполняют только после доработки генератора.

Перемотка обмоток генератора

Для переналадки генератора на малые обороты придется выполнить довольно сложную процедуру — перемотать обмотки. Для этого надо разобрать устройство и удалить старые обмотки. Затем следует приобрести новый медный провод в лаковой изоляции. Его толщина должна быть меньше, чем раньше, так как число витков будет увеличено.

Например, для тракторного генератора Г-700 (одна из наиболее удобных и эффективных моделей) понадобится намотать по 80 витков провода диаметром 0,8 мм. Кроме этого, надо перемотать обмотку возбуждения (250 витков).

Если используются генератора от других автомобилей, изменения будет соответствовать их конструкции. Главной задачей станет намотка максимального количества витков на обмотки статора. В любом случае, понадобится корректировать полученные результаты, что-то дорабатывать опытным путем. Получить оптимальный результат непросто, если нет опыта и навыков подобных работ.

Сборка мачты и первый запуск

Мачту для ветряка собирают из труб. Берут трубы разного диаметра и делают некое подобие телескопической вертикальной штанги. Это наиболее удобный вариант конструкции, позволяющий использовать устройство для подъема/опускания прямо по вертикальной оси, без необходимости наклонять мачту. Для жесткости ее крепят к земле растяжками.

Генератор с установленной крыльчаткой крепят хомутами к площадке на верхнем торце мачты. Рекомендуется установить хвостовой киль и обеспечить возможность вращения вокруг своей оси, чтобы крыльчатка могла автоматически наводиться на ветер.

Единственной проблемой может стать кабель, идущий от генератора. Его может намотать на штангу и остановить вращение вокруг вертикальной оси. Поэтому, надо продумать систему скользящей передачи сигнала и получить независимое и свободное вращение крыльчатки.

Первый запуск лучше делать в ветреный день, но без сильных порывов. Когда крыльчатка начнет вращаться, тестером замеряют напряжение на контактах. После этого можно подключать ветряк к аккумулятору и подавать напряжение в систему служебного освещения.

Часто возникающие вопросы

Многие вопросы возникают практически у всех пользователей, изготавливающих ветрогенератор. Поэтому, ответить на них следует сразу же, чтобы не допустить ошибок и не тратить время на эксперименты.

Какой генератор лучше выбрать для самодельного ветряка?

Назвать наиболее эффективный генератор сложно. Опытные люди советуют использовать магнето, но его тоже придется дорабатывать, приспосабливать к имеющимся условиям.

Можно ли использовать готовую крыльчатку от вентилятора?

Нет, она не годится. Во-первых, лопасти слишком малы. Кроме того, они не рассчитаны на вращение оси ротора, поскольку выполняют совсем другие задачи. Лопасти должны быть не менее 70 см в длину — это дает достаточный рычаг, чтобы создать усилие для поворота ротора генератора.

На какую высоту надо поднимать крыльчатку?

Это решается исходя из местных условий. Если дом находится на холме и рядом нет естественных препятствий для потоков ветра, можно не поднимать крыльчатку слишком высоко (только чтобы обеспечить безопасность для людей или животных). Если же дом расположен в низине, придется делать высокую мачту и поднимать ветряк на достаточную высоту.

Как лучше защитить генератор от осадков и влаги?

Оптимальный вариант — изготовление жесткого кожуха из металла. Пластиковые корпуса не устойчивы к воздействию солнечного ультрафиолета и низких температур, слишком быстро разрушаются. Проще всего использовать кусок трубы или готовый металлический резервуар подходящего размера, но можно изготовить корпус из листового металла по заранее сделанной развертке.

Что делать, если мощности ветрогенератора окажется недостаточно?

С этой проблемой сталкиваются почти все пользователи, впервые попробовавшие свои силы в изготовлении ветрогенератора. Как правило, после некоторого периода эксплуатации возникает понимание, как можно улучшить конструкцию и что в ней надо изменить. Редко кому удается с первого раза получить оптимальный и эффективный ветряк. Часто первый вариант не трогают, а строят второй, более мощный и производительный.

Видео-инструкция по переделке автомобильного генератора под ветряк

Рейтинг автора
Автор статьи
Левин Дмитрий Константинович
Написано статей
195
Понравилась статья?
Лайк автору Лайк автору
Загрузка...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: