Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками: устройство, принцип работы, схема сборки

Монтаж несущей конструкции и лопастей

При возведении вертикального ветряка для дома своими руками, особое внимание уделяется основе всей конструкции, так как сам агрегат следует поднять как можно выше над землей. Это потребует более серьезных финансовых вложений, но сэкономленная энергия, со временем окупит эти затраты

Чем выше конструкция, тем выше скорость ветра, следовательно, для устройства с большими габаритами и весом, требуется подготовка фундамента.

Данная установка требует основательного укрепления и надежного основания

Лопасти у любого вида устройства следует крепить под определенным углом, как у вертикальных, так и у горизонтальных устройств.

Расположение лопастей у горизонтального агрегата
Чертеж направления лопастей вертикального устройства
Лопасти небольшого прибора, выполненные из пластика. Видно, что точно своими руками

Обслуживание вертикального прибора

Чтобы ветряной вертикальный генератор работал качественно, четко и максимально эффективно, все движущиеся части конструкции обязательно смазывают. Такую процедуру проводят не реже 2 раз за весь календарный год.

Параллельно во время обслуживания подкручивают разболтавшиеся в результате эксплуатации гайки, укрепляют электрические соединения, проверяют механические узлы на наличие коррозийных проявлений, подтягивают ослабшие растяжечные тросы и внимательно осматривают лопасти на предмет разрыва или повреждения.

Зимой за вертикальными установками нужен особый уход. В период морозов лопасти покрываются коркой льда и ее необходимо своевременно очищать, чтобы скорость крутящего момента сохранялась на должном уровне

Покраску деталей производят по мере надобности и 1 раз в год совершают полное обследование всей конструкции на предмет выявления неисправностей. Такой уход обеспечивает корректную работу ветряной установки и продлевает ее эксплуатационный период.

Расчет мультипликатора

Генераторная установка имеет наклонную токоскоростную характеристику: с ростом оборотов ротора увеличивается максимальная отдаваемая им мощность. Следовательно, чтобы обеспечить наибольшую эффективность тихоходного ветрогенератора, нам понадобится мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Для самодельной конструкции наиболее оптимальное решение — это ременной мультипликатор: он прост в изготовлении и требует минимума станочных работ. Коэффициент повышения оборотов у него будет равен отношению диаметра ведущего шкива, связанного с осью винта, к диаметру ведомого шкива генератора. При необходимости передаточное число будет легко скорректировать заменой одного из шкивов.

При проектировании мультипликатора нужно учитывать как средние обороты лопастного узла, так и токоскоростную характеристику генератора. Если мы используем серийный автомобильный генератор, то ее без труда можно найти в Интернете, с самодельными же конструкциями, скорее всего, придется идти методом проб и ошибок.

Для примера возьмем распространенный тракторный генератор, о котором уже писали выше.

Взяв расчетную мощность нашей ветроустановки в 90 ватт, найдем точку на графике, соответствующую выходу генератора на эту мощность. При номинальном напряжении 14 В нам потребуется токоотдача не менее 6,5 А — согласно графику, это произойдет при оборотах чуть выше 1000 об/мин. Пусть винт нашей конструкции вращается ветром со скоростью 60 об/мин (ветер средней силы). Значит, нам потребуется как минимум двадцатикратное соотношение диаметров шкивов — для 70-миллиметрового шкива генератора шкив ветряка должен будет иметь диаметр почти полтора метра, что неприемлемо. Это недвусмысленно намекает, насколько мала эффективность ветрогенераторов такого типа — без сложного многоступенчатого редуктора, который сам по себе приведет к большим потерям мощности, вывести автомобильный генератор на рабочий режим практически невозможно.

Для сравнения, посмотрим на характеристики генераторов, используемых в ветрогенераторах промышленного изготовления. Например, генератор на постоянных магнитах ГВУ1000, по конструкции аналогичный описанной выше самоделке из автомобильного тормозного диска, всего при 200 оборотах в минуту выдает мощность в 1 киловатт. С другой стороны, обратной стороной является его значительные вес (34 кг) и цена (почти 70 тысяч рублей).

Рекомендации по изготовлению лопастей

Для самостоятельного изготовления лопастей рабочего колеса больше подходит более стойкая к нагрузкам на растяжение древесина. В бюджетном и менее затратном по времени варианте, в качестве исходного сырья можно использовать ПВХ-трубы диаметром 160 мм.

В лучшем решении — это трубопроводные элементы для напорных водопроводных и канализационных систем марки SDR PN 6,3 с толщиной стенок не менее 4-х мм. Пластиковые лопасти менее сложные в изготовлении, в меньшей степени подвержены температурным и влажностным факторам.

Вырезанные по шаблону заготовки следует тщательно отшлифовать и закруглить острые края.

Ветрогенераторы и контроллеры заряда АКБ

Если механический ветряк вполне возможно сделать самостоятельно, можно ли сделать своими руками ещё и контроллер ветряка?

Контроллер, обслуживающий аккумуляторные батареи, призван в первую очередь управлять процессом заряда АКБ. Это его основная функция, но ее условно следует разделить ещё на целый ряд подфункций.

Например, одним функционалом отслеживается ток заряда и ток саморазряда. Другой функционал реализует действия, направленные на измерение температуры и давления. Третий отвечает за компенсацию разницы энергетических потоков, когда одновременно с потреблением тока нагрузкой осуществляется заряд АКБ.

Контроллер заряда аккумуляторной батареи для ветрогенератора небольшой мощности. Контроль некоторых параметров системы осуществляется через встроенный в конструкцию жк-дисплей

Приборы промышленного изготовления наделены полноценным функционалом. А вот относительно любительских конструкций такого не скажешь. Устройства, выполненные на базе простейших схемных решений в домашних условиях своими руками – это контроллеры, далёкие от совершенных моделей.

Тем не менее, они работают и достаточно продуктивно позволяют эксплуатировать разные виды ветрогенераторов. Как правило, в самодельных конструкциях реализована лишь одна функция – защита от перенапряжения и от глубокой разрядки.

Одна из многочисленных вариаций контроллеров для ветряков, изготовленных своими руками. Такие конструкции отличаются незамысловатыми техническими решениями и простейшим исполнением монтажа

Почему внедрение контроллера в систему ветряка является обязательным моментом?

Потому что в режиме энергетической подпитки АКБ без применения контроллера следует ожидать неприятных последствий:

1. Деградацию структуры аккумулятора по причине неконтролируемых химических процессов.
2. Неконтролируемый рост давления и температуры электролита.
3. Утрату аккумулятором свойств подзарядки в связи с имеющим место долговременным разрядом.

Контроллер заряда для схемы ветрогенераторной установки выполняется, как правило, в виде отдельного электронного модуля. Этот модуль съёмный и быстро отключаемый. Приборы промышленного изготовления обязательно оснащаются индикацией режимов и состояний – световой или визуально передаваемой через дисплей.

На практике могут применяться два вида устройств – встраиваемые непосредственно в корпус ветрогенератора и подключаемые к аккумуляторной батарее.

Где купить

В случае появления потребности приобрести контроллер для ветрогенератора, можно пойти несколькими путями, это:

• В регионе проживания, найти дилера компании, выпускающей подобные изделия.
• Обратиться в торговую организацию, специализирующуюся на продажах технических устройств, связанных с альтернативными источниками энергии.
• Воспользоваться интернетом и найти поставщика модели контроллера, которая интересует пользователя.

У каждого варианта есть свои достоинства и недостатки. Так в случае приобретения через интернет, контроллер будет стоит дешевле, но о помощи специалистов с его выбором, рассчитывать не приходится. К тому же, в этом случае, вряд ли удастся воспользоваться гарантией, даваемой производителем, в случае необходимости выполнения гарантийного ремонта.

При покупке у дилера или в специализированной компании, специалисты помогут выбрать требующуюся в конкретном случае модель контроллера, но такая покупка обойдется значительно дороже.

Принцип работы ветрогенератора

В основу функционирования ветрогенератора положена трансформация кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора, которая затем преобразуется в электроэнергию.

Принцип работы достаточно прост: вращение лопастей, закрепленных на оси устройства, приводит к круговым движениям роторгенератора, благодаря чему вырабатывается электроэнергия.

Получаемый нестабильный переменный ток «стекает» в контроллер, где он преобразуется в постоянное напряжение, способное зарядить батареи. Оттуда питание поступает на инвертор, где оно трансформируется в переменное напряжение с показателем 220/380 В, которое и подается потребителям.

Мощность ветрогенератора напрямую зависит от мощности потока воздуха (N), рассчитывается согласно формуле N=pSV 3 /2, где V – скорость ветра, S – рабочая площадь, p – плотность воздуха.

Типы ветряных генераторов

При классификации ветротурбин могут учитываться такие характеристики как:

Рассмотрим подробно две наиболее часто используемые классификации.

Классификация ветрогенераторов по назначению

Выделяют разновидности ветроустановок, отличающиеся назначением. От этого зависят и основные характеристики устройств, например, мощность.

Промышленные ветряные турбины

Такие устройства устанавливаются крупными энергетическими компаниями либо государством для снабжения электроэнергией промышленных объектов. Турбины, имеющие мощность в десятки мегаватт, обычно размещаются на ветряных участках (открытых возвышенностях, побережьях).

Выработанная электроэнергия, как правило, поступает прямо в сеть, при этом для стабильности и регулирования частоты вращения лопастей ветротурбины оснащаются дополнительными механизмами.

Коммерческие ветровые генераторы

Такие установки используются для получения электроэнергии на продажу или для обеспечения электричеством производств в регионах с маломощной электросетью (либо с полным ее отсутствием). Подобные ветроэлектростанции состоят из скопления электрогенераторов, которые могут иметь разную мощность.

Энергия коммерческих установок может поступать непосредственно в электрические коммуникации либо использоваться для зарядки большого массива батарей, где она скапливается и преобразуется для подачи в энергосистему.

Схемы и способы подключения

Хотя ветроустановка может работать и автономно, значительно лучшего результата удается достичь при помощи комбинированных схем, предусматривающих сочетание ветрового устройства с солнечными батареями, централизованной электросетью, дизельными или газовыми источниками энергии.

Автономная работа. В этом случае ставится единичная установка, при помощи которой улавливается и накапливается ветровая энергия, которая затем преобразуется в необходимый потребителям электрический ток.

Совмещение ветрогенератора с солнечными панелями. Комбинированный вариант считается надежным и эффективным способом электроснабжения. В случае отсутствия ветра аккумулятор работает от солнечных панелей, а в пасмурную погоду и в течение ночи зарядка происходит от ветровой установки.

Комбинированная работа ветрогенератора и электросети. Ветротурбину можно совмещать с элетрокоммуникациями.

При избытке произведенного электричества оно поступает в централизованную сеть, а при его недостатке имеется возможность воспользоваться электрическим током из общей энергосистемы.

О безопасности

Вопрос безопасности использования ветрогенератора непрост. Лопасти ветряка при высоких скоростях и больших размерах способны причинить серьезные травмы, вплоть до летального исхода. Кроме того, высокие мачты опасны при возникновении сильного ветра, поскольку могут опрокинуться на жилые дома, людей, оказавшихся поблизости, причинить вред имуществу или постройкам.

При этом, большинство противников ветроэнергетики находят проблемы не там, где они есть. Существует масса утверждений о вреде устройств:

• наличие шума
• вибрация
• мерцающая тень, способствующая нервно-психическим расстройствам
• магнитный фон
• помехи радио- и телевизионным приемникам
• непереносимость установок животными, опасность для птиц

Большинство из этих утверждений — следствие надуманных противниками автономных источников питания аргументов. Они имеют место, но величина проблем настолько не соответствует действительности, что эти проблемы попросту не заслуживают времени на обсуждение. Если ветрогенераторы и представляют опасность, то лишь для представителей ресурсоснабжающих компаний, не желающих терять клиентов.

Тем не менее, мощные промышленные установки, использующиеся в составе крупных электростанций, способны создавать неудобства для жителей, что доказано в американском суде. Ветряки продуцировали инфразвук, вызывавший расстройства здоровья у индейцев, живших в резервации на расстоянии 200 км. Однако, учитывая размеры и мощность частного ветряка, говорить о вреде от него незачем.

https://youtube.com/watch?v=lTT0_2e9fgc

Простейшая ветроэлектрическая установка

Для изготовления ветрогенератора прежде всего понадобятся чертежи с указанием размеров установки.

Роторный ВЭУ с вертикальной осью вращения и мощностью, не превышающей 1,5 кВт, сможет обеспечить электрической энергией небольшой дом, а также осветить садовый участок.

Что нужно для изготовления такого ветрогенератора? Лопасти этой ветроэнергетической установки изготовляются из ведра, небольшой металлической бочки либо кастрюли из не поддающихся коррозии металлов.

• Кроме этого следует приготовить:
• Автомобильный генератор с напряжением на выходе 12В – 1 шт.;
• Автомобильный аккумулятор — шт.;
• Кнопочный выключатель 12 В, полугерметичный;
• Конвертор, преобразующий напряжение 12 В в напряжение 220 В, мощностью 0,7 – 1,5 кВт;
• Автомобильное реле индикаторной лампы заряда аккумулятора;
• Болты, шайбы, гайки;
• Хомуты – 2 шт., для крепления генератора;
• Мультиметр;
• Электропровод сечением 2,5 кв. мм и 4 кв. мм;
• Ножницы для резки металла или болгарка;
• Дрель;
• Слесарные инструменты и принадлежности.

Как, затратив незначительные средства, своими руками сделать несложный ветрогенератор. На ведро, небольшую бочку либо кастрюлю нанесем разметку, поделив имеющуюся емкость на 4 одинаковые части. Затем вырезаем лопасти ВЭУ, используя болгарку либо ножницы.

В шкиве и дне емкости следует высверлить отверстия для болтов. При большом разнообразии существующих конструкций лопастей, выбирается наиболее доступная.

Используя хомуты, генератор крепится к мачте. Затем в соответствии со схемой монтируется электрическая цепь, и провода закрепляются на мачте.

При подключении аккумулятора используются провод длиной 1 м и сечением 4 кв. мм. Для потребителей сети достаточно проводов сечением 2, кв. мм.

• При мощности конвертора 1 кВт и аккумуляторе емкостью 75 А-ч установка обеспечит работу сигнализации, видеонаблюдения и освещение участка.
• Не требует крупных капиталовложений.
• Детали конструкции легкодоступны и в случае поломки их несложно заменить на новые.
• Не требует систематического обслуживания, не издает излишнего шума, достаточно надежна.

Китайская электронная альтернатива

Изготовление контроллера ветрогенератора своими руками – дело престижное. Но учитывая скорость развития электронных технологий, нередко смысл самостоятельной сборки теряет свою актуальность. К тому же большая часть предлагаемых схем уже морально устарела.

Получается дешевле купить уже готовый продукт, сделанный профессионально, с высоким качеством монтажа, на современных электронных компонентах. Например, приобрести подходящее устройство по разумной стоимости можно на Aliexpress.

Качественный всепогодный корпус контроллера размерами 100 х 90 мм оснащён мощным радиатором охлаждения. Исполнение корпуса соответствует классу защиты IP67. Диапазон внешних температур от – 35 до +75ºС. На корпусе выведена световая индикация режимов состояния ветрогенератора.

Спрашивается, какой резон тратить время и силы на сборку простенькой конструкции своими руками, если есть реальная возможность купить нечто подобное и технически серьёзное? Ну а если этой модели недостаточно, у китайцев имеются варианты совсем «крутые». Так, среди новых поступлений отметилась модель мощностью 2 кВт под рабочее напряжение 96 вольт.

Правда, стоимость этого контроллера уже в пять раз дороже предыдущей разработки. Но опять же, если соизмерять затраты на производство нечто подобного своими руками, покупка выглядит рациональным решением.

Единственное что смущает в китайских продуктах – они имеют свойство неожиданно прекращать работу в самых неподходящих случаях. Поэтому купленное устройство часто приходится доводить до ума – естественно, своими руками. Но это значительно легче и проще, чем делать контроллер заряда ветрогенератора своими руками с нуля.

Как изготовить ветрогенератор своими руками

Сделать устройство, которое бы обеспечивало загородный дом полностью электроэнергией, представляется маловероятным. Однако смастерить небольшой ветряк для выработки бесплатного электричества, обеспечивающего работу маломощных устройств (насос для полива, освещение на улице перед домом, открывание автоматических ворот), по силам любому мастеру. Для этого потребуется:

• 3 алюминиевых листа с длиной стороны 33 см, толщиной около 1 мм;
• водосточная труба диаметром 15 см и длиной 60 см;
• водопроводная труба диаметром 4 см;
• электрический генератор (можно использовать автомобильный);
• фурнитура (стальные уголки, саморезы, гайки, болты).

Ветрогенератор – источник электроэнергии

Тарифы на коммунальные услуги поднимаются как минимум один раз в год. А если присмотреться, то в некоторые годы та же электроэнергия поднимается в цене два раза – цифры в платежных документах растут как грибы после дождя. Естественно, все это ударяет по карману потребителя, доходы которого не показывают столь устойчивого роста. А реальные доходы, как показывает статистика, показывают тенденцию к падению.

Еще совсем недавно бороться с ростом тарифов на электроэнергию можно было одним простым, но незаконным способом – с помощью неодимового магнита. Это изделие прикладывалось к корпусу расходомера, в результате чего тот останавливался. Но пользоваться данной методикой мы настоятельно не рекомендуем – это небезопасно, незаконно, а штраф при поимке будет таким, что мало не покажется.

Схема была просто великолепная, но впоследствии она перестала работать по следующим причинам:

Участившиеся контрольные обходы стали массово выявлять недобросовестных хозяев.

• Участились контрольные обходы – по домам ходят представители контролирующих органов;
• На счетчики стали наклеиваться специальные стикеры – под действием магнитного поля они темнеют, разоблачая нарушителя;
• Счетчики стали невосприимчивыми к магнитному полю – здесь устанавливаются электронные учетные узлы.

Поэтому люди стали уделять внимание альтернативным источникам электроэнергии, например, ветрогенераторам. Еще один способ разоблачить нарушителя, ворующего электроэнергию – провести экспертизу уровня намагниченности счетчика, которая с легкостью выявляет факты хищения.

Еще один способ разоблачить нарушителя, ворующего электроэнергию – провести экспертизу уровня намагниченности счетчика, которая с легкостью выявляет факты хищения.

Ветряки для дома становятся привычным явлением в районах, где часто дуют ветра. Ветровой электрогенератор использует для выработки электроэнергии энергию ветровых потоков воздуха. Для этого они оснащаются лопастями, которые приводят в движение роторы генераторов. Полученная электроэнергия преобразуется в постоянный ток, после чего передается потребителям или запасается в аккумуляторных батареях.

Ветрогенераторы для частного дома, как самодельные, так и заводской сборки, могут основными или вспомогательными источниками электроэнергии. Вот типичный пример работы вспомогательного источника – он греет воду в бойлере или питает низковольтные домашние светильники, в то время как остальная домашняя техника работает от основной электросети. Также возможна работа как основного источника электричества в домах, не подключенных к электрическим сетям. Здесь они питают:

• Люстры и светильники;
• Крупную бытовую технику;
• Отопительные приборы и многое другое.

Соответственно, для того чтобы обогревать свое жилье, необходимо сделать или приобрести ветряную электростанцию на 10 кВт – этого должно хватить на все нужды.

Ветровая электростанция может питать как традиционные электроприборы, так и низковольтные – они работают от 12 или 24 вольт. Ветряной генератор на 220 В выполняется по схеме с применением инверторных преобразователей с накоплением электроэнергии в аккумуляторах. Ветрогенераторы на 12, 24 или 36 В устроены проще – здесь применяются более простые контроллеры заряда батарей со стабилизаторами.

Агрегат аксиального типа

Так как рынок насытился неодимовыми магнитами, стоимость этих изделий значительно снизилась. В результате можно на их основе собрать эффективный ветряк. Основой аксиального генератора станет ступица с тормозными дисками от машины. Перед началом работ ее необходимо очистить, проверить и смазать подшипники, а также покрасить.

Установка магнитов

Всего потребуется около 20 магнитов размера 20х8 мм. При желании можно использовать и большее количество этих изделий. Однако в такой ситуации следует руководствоваться двумя правилами:

• Если генератор будет однофазный, то число магнитов должно соответствовать количеству полюсов.
• Для трехфазного устройства следует придерживаться соотношения полюсов и катушек соответственно 2/3 или 4/3.

Магниты просто наклеиваются на диски ротора, но при этом их полюса должны чередоваться. Чтобы все сделать правильно, стоит предварительно изготовить шаблон-шпаргалку. Предпочтение следует отдать магнитам прямоугольной формы, так как при работе они создают магнитное поле по всей длине. Также следует отметить, что противостоящие магниты должны иметь разные полюса.

Выбор типа генератора

При сравнении одно- и трехфазного устройства, предпочтительнее выглядит второе. Одним из основных недостатков однофазного генератора являются вибрации, возникающие при работе. Причина их появления кроется в разнице амплитуд тока, так как его отдача происходит неравномерно. Благодаря компенсации фаз в трехфазной модели, поддерживается постоянная мощность.

Кроме этого отдача однофазного устройства примерно на 50% меньше. На этом преимущества 3-фазного генератора не заканчиваются. Так как при его работе не возникает вибрация, то шумовые показатели всей ветряной установки будут существенно ниже. При этом не стоит забывать и об увеличении срока эксплуатации, если выбор пал на трехфазную модель генератора.

Изготовление катушек

В создаваемом ветряке процесс зарядки батареи должен стартовать при частоте вращения ротора в 100−150 об/мин. Таким образом, общее число витков на всех катушках находится в диапазоне 1000−1200.Если эти цифры разделить на количество используемых катушек, то можно рассчитать число витков на каждой из них.

Следует помнить, что благодаря увеличению количества полюсов можно повысить мощность всей установки при работе на низких оборотах. На характеристики самодельного генератора серьезное влияние оказывает не только количество магнитов, но и их толщина. Общую мощность генератора можно рассчитать опытным путем. Для этого после изготовления одной катушки ее следует прокрутить в устройстве и измерить напряжение на определенном количестве оборотов без нагрузки.

Дальнейшие расчеты достаточно просты. Можно предположить, что при сопротивлении в 3 Ом на 150 об/мин на выходе получилось 27 В. Если из этого значения вычесть номинальное напряжение аккумулятора (в этом случае 12 В), получится 15 вольт. Для определения силы тока полученный результат (15 В) необходимо разделить на сопротивление катушки (3 Ом), что дает 5 ампер. Катушки необходимо между собой закрепить неподвижно, а выведенные наружу концы фаз соединяются треугольником или звездой. После сборки генератора его стоит проверить на работоспособность.

Финальный этап сборки

Высота мачты в среднем должна составлять от 6 до 12 метров, а ее основание стоит забетонировать. Ветряк монтируется на верхней части мачты и для упрощения ремонтных работ стоит предусмотреть механизм ее подъема и спуска, который будет приводиться в движение с помощью ручной лебедки.

Для изготовления пропеллера отлично подойдет труба из ПВХ с диаметром в 160 мм. Выбор формы лопастей осуществляется опытным путем, а основной задачей на этом этапе является усиление крутящего момента при работе на низких оборотах. Чтобы уберечь винт от сильных порывов ветра, его стоит оснастить складным хвостом.

Выводы и полезное видео по теме

Видео №1 продемонстрирует, как сделать своими руками в домашних условиях вертикальный генератор ветряного типа с роторной системой Дарье. В ролике наглядно представлены особенности и любопытные нюансы процесса сборки. Есть определение максимальной мощности изготовленного агрегата:

Как работает вертикальный ветряной генератор и в каком объеме он выдает энергоресурс, покажет видео №2. В нем дан подробный обзор модуля и описание работы по корректному проведению замеров фактической мощности и прочих параметров:

В видео № 3 представлено тестирование самодельного ветряного генератора вертикального типа. На что способен прибор, изготовленный своими руками из подручных материалов:

Такой современный и практичный источник альтернативной энергии, как вертикальные ветряки, своими руками собрать совсем не сложно. При надлежащем опыте хозяйственных работ можно самостоятельно изготовить каждую деталь, а потом соединить все компоненты в единую, целостную конструкцию.

Если усложнять задачу не хочется, вполне уместно приобрести уже готовые компоненты и в домашних условиях, без спешки и суеты, смонтировать надежный ветряной агрегат, способный обеспечить бесперебойные поставки электричества в жилое помещение.

Когда же в своих силах нет стопроцентной уверенности, лучше поручить работу профессионалам. Они сделают все очень быстро и в полном соответствии с базовыми эксплуатационными требованиями.