Jak zrobić generator wiatru własnymi rękami?

Generator wiatrowy do wytwarzania energii elektrycznej jest niezastąpionym źródłem energii elektrycznej tam, gdzie nie ma dużo światła słonecznego, w pobliżu nie ma rzek i nie ma scentralizowanych sieci energetycznych.

Zasada działania generatora wiatrowego polega na zamianie energii wiatru na energię elektryczną.

W systemach, w których do wytwarzania energii elektrycznej potrzebna jest energia cieplna, wykorzystują:

• silnik zasilany gazem, benzyną lub olejem napędowym;
• uwalnianie ciepła z płyt i bloków reaktora jądrowego, których ciepło służy do konwersji wody w parę - w turbinie parowej;
• różne rodzaje paliwa spalane w elektrociepłowni zastępujące ciepło, ciepło z reaktora jądrowego.

Panele słoneczne wyróżniają się tam, gdzie źródłem energii jest światło, a nie ciepło czy energia mechaniczna.

Wróćmy jednak do „turbin wiatrowych”, których zasada działania jest następująca. Siła wiatru obraca śmigło, które napędza wał prądnicy. Wirnik silnika, na którym zamontowane są magnesy trwałe, razem z wałem obraca się synchronicznie. Pole magnetyczne przechodzące przez uzwojenie stojana indukuje w nim prąd przemienny z powodu zmiany natężenia strumienia magnetycznego przechodzącego przez zwoje cewek, z których uzwojenie jest montowane. Zmienne napięcie elektryczne jest podawane do obwodu elektronicznego, gdzie jest przekształcane w napięcie stałe. Liczne urządzenia i urządzenia, które tego potrzebują, działają na prąd stały.

Każdy może wykonać generator do domków letniskowych lub warunków polowych, który generuje prąd przemienny o napięciu 220 V. Im bardziej imponujące gabaryty konstrukcji, tym większą skuteczność odrzutu uzyska dany użytkownik. Nie jest problemem wykonanie generatora, który generuje jeden lub kilka kilowatów energii elektrycznej na godzinę. Energia elektryczna uzyskana z takiej instalacji jest w stanie zasilić prawie wszystkie urządzenia elektryczne w domu, w tym sprzęt ogrodniczy.

Instalacja z daleka przypomina wiatrowskaz ze śmigłem, dzięki czemu konstrukcja ta obraca się tam, gdzie wieje wiatr. Jest to konieczne, aby zmaksymalizować jego siłę i szybkość.

Śmigło poziome obraca się za pomocą trzpienia znajdującego się z tyłu jednostki. Trzpień pionowy nie jest potrzebny - jego łopaty są umieszczone w taki sposób, że samo śmigło wystartuje prawie pół obrotu, bez względu na to, z której strony wieje wiatr.

Aby turbina wiatrowa działała z maksymalną wydajnością, wymagana jest prędkość 3000 obr./min lub więcej. Dla generatorów wytwarzających prąd przemienny częstotliwość ta odpowiada wartości 50 Hz, co jest typowe dla krajowych elektrowni przemysłowych. Po rozkręceniu motorgeneratora ważącego około 10 kg nie ma problemu z uzyskaniem 2 kW na godzinę.

Głównym elementem każdego modelu farmy wiatrowej jest generator silnika. Działa jak silnik – prąd stały lub przemienny wprawia w ruch wirnik (a wraz z nim wał). Praca na odwrót – jako generator – jest również możliwa.

Wśród silników stosowanych jako generatory znajdują się silniki szczotkowe, bezszczotkowe asynchroniczne i krokowe. To właśnie te trzy typy silników są popularne wśród amatorów, którzy własnymi rękami montują turbiny wiatrowe.

W silniku kolektorowym uzwojenia wirnika (zwory) znajdują się w stałym polu magnetycznym magnesów stojana. Stałe napięcie usuwane z zacisków takiego silnika, gdy jego wał z twornikiem jest odkręcony, jest przenoszone ze styków przewodzących prąd twornika przez szczotki. Słabym punktem takiego silnika są same pędzle - szybko wyczerpują ich zasoby. Z reguły taki generator jest pod stałym obciążeniem, gdy zwora porusza się, szczotki iskrzyją. Kilkudniowa nieprzerwana praca takiej instalacji może doprowadzić do całkowitego zużycia szczotek i konieczności ich wymiany.

Najlepszą opcją jest silnik bezszczotkowy. W nim wirnik z magnesami obraca się w przestrzeni między uzwojeniami stojana. Same uzwojenia pozostają nieruchome, nie potrzebują styków przesuwnych. Dzięki tak prostemu rozwiązaniu instalacja może pracować przez dziesięciolecia – ważne jest tylko raz na sezon lub co pół roku smarować łożyska silnika, które odpowiadają za idealne, bezluzowe obroty wirnika. Popularne rozwiązania oparte na silniku bezszczotkowym – asynchronicznym lub krokowym – dostępne są niemal dla każdego domowego „majsterka”.

Silnik asynchroniczny jest stosowany w elektronarzędziach - na przykład w szlifierce. Stepper można znaleźć w szerokiej gamie urządzeń - od motoreduktora roweru po mechaniczny napęd drukarki czy dysk.

Zmienny silnik szczotkowy stosowany w młotach obrotowych, szlifierkach, śrubokrętach, wyrzynarkach i strugarkach elektrycznych wyróżnia się. Ich wadą jest konieczność demontażu szczotek i otworu wirnika na magnesy neodymowe. W rezultacie z uzwojeń czynnych pozostaje tylko uzwojenie stojana - uzwojenie wirnika jest całkowicie usunięte.

Generator wiatrowy wykonany z wentylatora będzie wymagał otworu wirnika na magnesy neodymowe. Konstrukcja silnika wentylatora domowego nie jest przeznaczona do odbierania prądu elektrycznego przez obracanie wirnika. Chłodnica komputerowa (chłodnica chipowa) - wentylator jednostki systemowej komputera PC lub laptopa - podlega tej samej zmianie.

Generator traktorowy lub samochodowy wykorzystuje dodatkowe uzwojenie polowe, które jest zasilane z akumulatora samej maszyny. Aby generator mógł wytwarzać na przykład prąd przemienny 135 amperów przy napięciu 15 woltów, uzwojenie wzbudzenia wirnika po włączeniu zapłonu pobiera prąd stały o natężeniu 3 amperów przy napięciu 12,6-14 V. głównym źródłem energii dla generatora jest nadal wał korbowy silnika spalinowego pracującego na benzynie, oleju napędowym lub metanie/propanu. Generator traktorowy lub samochodowy będzie wymagał usunięcia uzwojenia pola i zainstalowania zamiast tego magnesów neodymowych.

Najpopularniejszą opcją jest użycie silnika pralki do domowego generatora. Jeśli stara „pralka” nie jest dostępna, taki silnik można znaleźć w sklepach ze starzyzną na rynku gospodarstwa domowego, w najbliższym centrum serwisowym sprzętu AGD lub w specjalistycznym sklepie. Zamówienie takiego silnika z Chin nie stanowi problemu.

Zarówno nowe, jak i używane będą działać przez długi czas. 200 watów mocy można łatwo przekonwertować na kilowaty lub więcej.

Do montażu generatora oprócz silnika potrzebne są:

• magnesy neodymowe w rozmiarach 20, 10 i 5 mm (łącznie 32);
• diody prostownicze lub mostek diodowy o prądzie kilkudziesięciu amperów (przestrzegać zasady podwójnej rezerwy mocy);
• klej epoksydowy;
• spawanie na zimno;
• papier ścierny;
• puszka z boku puszki.

Magnesy zamawiane są online z Chin.

Następujące narzędzia przyspieszą proces produkcyjny:

• tokarka;
• nożyce;
• śrubokręt z dyszami;
• szczypce.

Generator jako urządzenie generuje prąd przemienny, który należy zamienić na prąd stały, doprowadzony do wymaganej wartości napięcia. Jeśli silnik-generator wytwarza, powiedzmy, 40 woltów, to jest mało prawdopodobne, aby była to odpowiednia wartość dla większości elektroniki użytkowej używającej 5 lub 12 woltów prądu stałego lub 127/220 woltów prądu przemiennego.

Sprawdzony przez czas i miliony użytkowników schemat całej instalacji obejmuje prostownik, sterownik, akumulator i falownik. Jako magazyn buforowy zmagazynowanej energii wykorzystywany jest akumulator samochodowy o pojemności 55-300 amperogodzin. Jego napięcie pracy wynosi 10,9-14,4 V przy cyklicznym ładowaniu (pełny cykl ładowania-rozładowania) oraz 12,6-13,65 z buforem (porcjowane, dozowane, gdy trzeba doładować częściowo rozładowany akumulator).

Sterownik zamienia np. te same 40 woltów na 15. Jego sprawność w natężeniu prądu waha się od 80-95% - wyłączając straty na prostowniku.

Generator trójfazowy ma największą wydajność. - jego moc jest o 50% większa niż jednofazowej, nie wibruje podczas pracy (wibracje rozluźniają konstrukcję, czyniąc ją krótkotrwałą).

Cewki w uzwojeniu każdej z faz przeplatają się ze sobą i są połączone szeregowo - jak bieguny magnesów, jeden z boków skierowanych do cewek.

Nowoczesne urządzenia gospodarstwa domowego i elektronika mogą działać od 110 woltów (amerykański standard dla sieci domowych) do 250 - nie zaleca się dawania więcej urządzeniom i urządzeniom sieciowym. Wszystkie przetworniki są impulsowe, w porównaniu z liniowymi ich straty ciepła są znacznie mniejsze.

Aby zmodyfikować konstrukcję silnika indukcyjnego, wykonaj następujące czynności.

1. Zdemontuj silnik i wyjmij wirnik.
2. Zdejmij płytki z twornika wirnika. Przytnij je na głębokość 2 mm.
3. Wykonaj rowki o głębokości do 5 mm - na magnesy.
4. Zaznacz pasek blachy ocynowanej na magnesy. Powinny być równo oddalone od siebie – zapobiegnie to niepotrzebnej utracie mocy instalacji.
5. Przymocuj je do tego paska cyny za pomocą super kleju. Zamocuj pasek za pomocą magnesów na kotwie.
6. Przestrzeń między magnesami wypełnij klejem do zgrzewania na zimno lub klejem epoksydowym.
7. Usuń zadziory i nierówności na rotorze papierem ściernym.
8. Sprawdź iw razie potrzeby wymień łożyska i śruby silnika.

Zmontuj generator silnika. Urządzenie jest gotowe do dalszej instalacji. Aby sprawdzić urządzenie, zaciśnij jego wałek w uchwycie wiertarskim lub śrubokrętowym i przyspiesz do 1000 obr/min.

Przy niższej wartości błąd polega na nierównomiernej zmianie magnesów w dowolnym punkcie okręgu obrotu twornika.

Aby zmontować turbinę wiatrową, wykonaj następujące czynności.

1. Wytnij identyczne kawałki z rury PCV o średnicy 11-16 cm, odpowiadające długości przyszłym ostrzom.
2. Na każdym segmencie narysuj dowolną linię i wycofaj się z niej po obu stronach o 22 mm. W związku z tym szerokość jednego ostrza osiągnie 44 mm. Powtórz tę czynność dla przeciwległego końca segmentu linii.
3. Prosto połącz skrajne punkty po jednej stronie linii środkowej.
4. Narysuj po drugiej stronie kontury przyszłego ostrza.
5. Wytnij powstałe ostrze i zaokrąglij jego wolny koniec przez ostrzenie. Powtórz powyższe kroki dla pozostałych ostrzy.
6. Przymocuj ostrza do piasty za pomocą adaptera tulei. Jako elementy mocujące nadają się śruby z nakrętkami i podkładkami sprężystymi. Szerokość każdego ostrza na całej jego długości waha się od 44 do 88 mm.

To wystarczy, aby wiatr zakręcił wirnikiem z prędkością 3 m/s. Powstała struktura musi być wyważona - prawidłowe wyważenie zapobiegnie tworzeniu się martwych punktów, które spowalniają generator podczas obracania się śmigła.

Agregat silnikowy z zamontowanym wirnikiem można umieścić w tulei ochronnej, która chroni go przed opadami atmosferycznymi. Pozostając suchy w każdych warunkach pogodowych, chroniony przed deszczem i śniegiem, generator przetrwa lata. Aby zamontować osłonę, wykonaj następujące czynności:

1. w rurze o średnicy 7,5 cm wyciąć podłużny rowek o szerokości 2 cm;
2. odciąć tylny koniec ciętej rury pod kątem 45 stopni;
3. umieść generator ze śmigłem w tej rurze i przymocuj go do niego.

Swobodny obrót silnika będzie wymagał przegubu obrotowego z łożyskiem kulkowym, podobnego do tego, który znajduje się w wentylatorach domowych. Może obracać się w nieskończoność w obie strony.

Aby kabel, za pomocą którego usuwane są prądy indukowane w uzwojeniu stojana, nie zwijał się ani nie skręcał, połączenie w zawiasie musi się przesuwać, ale zapewniać niezawodny, stabilny styk elektryczny silnik-generator z dalej zlokalizowane jednostki funkcjonalne obwodu.

Stosowanie styku szczotka-grafit jest nieuzasadnione - grafit ma opór elektryczny o rząd wielkości większy niż aluminium i stal, a moc instalacji wyraźnie się zmniejszy. Zawias montowany jest na podstawie wykonanej z kawałka ukształtowanej rury. Po zmontowaniu sprawdzają, czy powstały mechanizm obrotowy jest zakleszczony, nie kręci się i czy linka nie jest postrzępiona.

Zapewniając kontakt ślizgowy i swobodny obrót instalacji w kierunku wiatru, do dodatkowej obudowy zewnętrznej silnika przymocowany jest trzpień wykonany na przykład z rury wodnej z tworzywa sztucznego i kawałka blachy z tworzywa sztucznego lub aluminium.

Jako podporę stosuje się rurę okrągłą lub profilowaną, której jeden koniec jest zabetonowany w ziemi - nie mniej niż metr. Aby podpora nie odchyliła się z czasem od huraganu, uzupełniono ją trzema lub sześcioma rozstępami, zbiegającymi się w środku pod tym samym kątem i skierowanymi w różnych kierunkach.

Po zakończeniu montażu części silnikowo-generatorowej, w razie potrzeby, obok silnika montuje się prostownik diodowy. Straty prądowe w przewodach można znacznie zmniejszyć stosując transformator podwyższający umieszczony w pobliżu agregatu prądotwórczego - podobnie jak w liniach przenoszących energię elektryczną przemysłową na duże odległości.

Kontroler ładowania, bateria i falownik są dołączone dalej zgodnie ze schematem. Turbina wiatrowa jest w pełni zmontowana i gotowa do pracy.

Domowa turbina wiatrowa do prywatnego domu generuje stałe lub przemienne napięcie kilkudziesięciu woltów, co stanowi zwiększone zagrożenie dla człowieka. Styki i przewody przewodzące prąd muszą być niezawodnie izolowane – woda deszczowa to zakwaszone środowisko, które dobrze przewodzi prąd elektryczny.

Energia wiatru jest zmienna. Najlepszym rozwiązaniem byłby generator wolnoobrotowy z kilkunastoma magnesami i cewkami. Im więcej cewek, tym grubszy powinien być drut nawojowy. Zbyt cienka sekcja ze względu na całkowitą rezystancję kilkudziesięciu omów kilkakrotnie zmniejszy użyteczną moc generatora. W przypadku poważnego obciążenia - na przykład z kuchenki elektrycznej lub pralki - przy 220 woltach, prąd do 10 A.

Konstrukcja generatora domowej roboty – o ile nie jest używany przerobiony silnik do wytwarzania energii elektrycznej – powinna być idealnie płaska i symetryczna. Przed zainstalowaniem cewek i magnesów sam „pokrętło” musi być wyśrodkowany. Nieważne, co jest używane - wyrzucona płyta CD czy domowa miniatura wiatraka, najmniejszy brak równowagi jest już nie do zaakceptowania.

Postaraj się uzyskać minimalny hałas - najlepiej, aby go nie było. Jeśli Twoja instalacja, która nie jest smarowana w miejscu łożysk, jest reklamowana z powodu ciągłego piszczenia i stukania podczas obracania, taka reklamacja może prowadzić do problemów z prawem, szczególnie w nocy. Pozostałe powody, by twierdzić, że jesteś właścicielem turbiny wiatrowej są nieistotne - turbiny wiatrowe są całkowicie legalne, ponieważ właściciel tego urządzenia nie wytwarza za jego pomocą energii elektrycznej na skalę przemysłową, jak to się dzieje w Europie i Ameryce.

Instalacja nie powinna być zbyt wysoka - nad słupami, wzdłuż których przebiegają linie energetyczne. W każdym mieście, domku letniskowym czy osadzie wiejskiej obowiązuje ograniczenie wysokości budowanych konstrukcji.

Prawidłowo i niezwykle odpowiedzialnie podchodząc do rozwiązania problemu z energią elektryczną za pomocą generatora wiatrowego, konsument pozbędzie się przestojów związanych z przerwami w dostawie prądu. Zawsze lepiej działać do przodu – w ramach prawa – niż czekać latami na to, co obiecują władze.

Jak zrobić generator wiatru własnymi rękami, patrz poniżej.