Вітроелектростанції в заводських умовах, як правило виробляються лопатні. На відміну від роторних, лопатеві вітроелектростанції мають перевагу – більш високий ККД. Але лопатеві двигуни набагато складніше виготовити, тому якщо Ви хочете зробити вітроелектрогенератор своїми руками, а простіше – саморобну вітроелектростанцію, фахівці радять виготовляти саме роторну ВЕС.
Рис . 1. Схема роторної вітроелектростанції
На даній схемі:
1 – лопаті;
2 – хрестовина;
3 – вал;
4 – підшипники з корпусами;
5 – сполучна муфта;
6 – силова стійка (швелер № 20)
7 – редуктор;
8 – електрогенератор;
9 – розтяжки (4 шт.);
10 – сходи.
Важливо: роторний двигун потрібно підняти не менш ніж на 3-4 метра над землею. Тоді ротор буде перебувати в зоні вільного вітру, а перешкоди від поруч будівель, які знаходяться поруч залишаться нижче. Саморобна вітроелектростанція, піднята над землею буде виконувати ще одну функцію – функцію громовідводу, а для місцевості з невисокими будівлями це важливо.
Рис. 2. Схема розташування лопатей ротора на хрестовині:
Де:
1 – лопаті;
2 – хрестовина;
3 – вал;
4 – болти кріплення (М 12- М 14).
У конструкції ротор складається з 4 лопатей, це забезпечує йому більш рівномірне обертання. Ротор – одна з найважливіших частин вітряка. Його конструкція і розміри лопатей відіграють особливу роль – від їх розташування і конструкції залежить потужність і швидкість обертання валу, який приводить в рух редуктор вітряної електростанції. Чим більше робоча площа лопатей, які утворюють обтічну поверхню, тим менша кількість обертів ротора.
Рис . 3. Двоярусне роторное колесо:
1 – підшипник
2 – корпус підшипника
3 – додаткове кріплення вала чотирма розтяжками
4 – вал.
Ротор здійснює обороти завдяки аеродинамічній несиметричності. Вітер, що дме поперек осі ротора, «зісковзує» з округлої частини лопаті і потрапляє в протилежну їй «кишеню». Різниця в аеродинамічних властивостях округлої і увігнутої поверхонь створює тягу, яка, обертає ротор. Такий двигун має більший обертовий момент. Потужність ротора діаметром 1 м перевищує потужність пропелера з трьома лопатями діаметром 2 м.
При поривах вітру роторні вітродвигуни, працюють більш стабільно, ніж гвинтові. І ще не маловажний факт, ротори працюють більш плавно, видають менше шуму, працюють при будь-якому напрямку вітру без додаткових пристосувань, але мінус в тому, що швидкість їх обертання обмежена 200-500 об / хв.
Але збільшення оборотів асинхронного генератора не дасть зростання напруги. Тому ми не будемо розглядати автоматичну зміну кута лопатей ротора для різних швидкостей вітру.
Є різні види роторних вітроелектроелектростанцій, які можна зробити своїми руками. Ось деякі з них:
Приклади роторних коліс
Чотирьохлопатне роторне вітрове колесомає ККД до 15%. Двоярусне роторне колесо простіше у виготовленні, має більш високий ККД (до 19%), а також розвиває більше число обертів в порівнянні з чотирилопатеве. Але, для того щоб зберегти надійність установки, доцільно збільшувати діаметр вала. У ротора Савоніуса менша кількість обертів в порівнянні з дволопатевим ротором. Його ККД не перевищує 12%. Такий двигун, в основному застосовується для приводу поршневих агрегатів (насосів, помп і т.д.). Карусельне вітряне колесо – одна з найпростіших конструкцій. Цей ротор здатний розвивати порівняно низькі обороти маючи при цьому малу питому потужність та ККД не більше 10%.
Ми розглянемо вітроелектростанцію яку можна зробити своїми руками, зібрану на основі Чотирьохлопатевого ротора.
Лопаті вітроколеса можна зробити з залізної 100, 200 літрової бочки. Її необхідно розрізати «болгаркою», не рекомендують різати бочку зваркою, так як властивості металу по шву різання дуже сильно змінюватися. Укріпити краї виготовленої лопаті можна, закріпивши на них прути арматури або смужки металу діаметром від 6 до 8 мм.
Лопаті першого ротора закріплюємо на двох хрестовинах двома болтами М12-М14. Верхня хрестовина виготовляється із сталевого листа товщиною 6-8 мм. Між бортами лопатей і валом ротора необхідний зазор 150мм. Нижню хрестовину потрібно зробити міцнішою, так як на неї припадає основна вага лопатей. Для її виготовлення, беремо швелер довжиною не менше 1 м (це залежить від застосовуваної бочки), зі стінкою 50-60 мм
Щогла та основний вал.
У запропонованій вітроелектроустановці рама з кутника для кріплення електрогенератора закріплена на стійці, яка виготовлена з швелера. Нижній кінець стійки з’єднаний з кутником, забитим у землю. Вал ротора доцільніше зібрати з двох складових.
Підшипники (в корпусах (буксах)), відповідні за розмірами валу, кріпляться на швелері болтами. Частини вала з’єднують між собою. Діаметр вала повинен становити не менше 35-50 мм.
До однієї з частин швелера саморобної вітроелектростанції приварюють відрізки труби довжиною 500 мм м діаметром 20 мм, які будуть виконувати роль сходів. Стійку вкопують у землю не менше, ніж на 1200 мм, а також для додаткової стійкості закріплюємо її 4-ма розтяжками. Для захисту від корозії, енергоустановку необхідно пофарбувати фарбою основою якої є оліфа.
Рис. 4. Можливі схеми кріплення роторів до вертикального валу:
На Рис. 4:
а, б – карусельні ротори;
в – ротор Савоніуса.
Нижня частина исунка – це лопать вітряка, зроблена з 1/4 бочки. ЇЇ схема розрізу:
1 – отвір кріплення до хрестовини
2 – посилення борту
3 – контур лопатей.
Електрична схема.
Виготовляючи саморобну вітроелектростанцію для будинку своїми руками, можливе використання електричної системи автомобіля, так само можна застосувати електричні вузли від потужних автомашин, автобуса або трактора. Потрібно пам’ятати, що використовувати такі вузли необхідно комплексно: акумулятор, реле-генератор, генератор. Наприклад, до генератора Г 250-Г 1 підходять реле-регулятор РР 362 і акумулятор 6 СТ 75.
Схема1. Схема електрообладнання для вітроелектроустановки, від автомобільного 12 В генератора
На даній схемі:
1 – генератор; 2 – реле-регулятор; 3 – акумулятор; 4 – амперметр; 5 -вимикач акумулятора в безвітряну погоду; 6 – вимикач освітлення; 7 – запобіжник; 8 – лампочки освітлення.
Якщо Ви вирішили укомплектувати саморобну вітроелектростанцію автомобільним генератором на 24В, бажано використовувати генератор Г-228 з потужністю 1000Вт. Такі генератори мають найбільш надійне реле напруги, в порівнянні з інтегральними
регуляторами напруги Я-120. Але, постійна напруга 12-14 В, одержувана з автогенератора, не зовсім зручна для освітлення і застосування в побуті, через те що потрібно конструювати окрему електричну розводку зі спеціальними цоколями для автомобільних ламп і розетками для використання 12 вольтових приладів. Звичайно є лампи на 12 В і зі стандартним цоколем Ц-27, але їх досить проблематично знайти в продажу.
Схема 2. Схема електричного обладнання для саморобної вітроелектростанції від 24 В автомобільного генератора.
На даній схемі:
1 – генератор Г-288; 2 – регулятор напруги 11.3702; 3 – акумулятори 6 СТ75, амперметр АП -170; 4 – амперметр; 5 – вимикач генератора в безвітряну погоду; 6 – вимикач освітлення; 7 – запобіжник; 8 – лампочки освітлення.
Для переходу від постійного до змінного струму, потрібно зібрати перетворювач напруги. Якщо необхідно, то змінний струм можливо перетворити в постійний, використовуючи мостовий випрямляювач.
Перетворювач потужністю 100 Вт дає можливість включити дві лампочки розжарювання або денного світла по 40 Вт на 220 В.
Схема такого перетворювача не складна. Він не потребує додаткових налаштувань, і дуже надійний в роботі і має ККД близько 80%.
Схема даного перетворювача:
