Как установить ветряной генератор в загородном доме

В условиях экономического кризиса спасительна любая экономия, тем более, экологически чистая. Владельцы загородных домов тратят огромные деньги на отопление жилья, воды и электроснабжения всего дома. Поэтому есть смысл задуматься над любыми способами сэкономить. А это вполне реально. Мы предлагаем вам узнать, как можно легко сэкономить на электроэнергии в загородном доме.

Как провести интернет в загородный дом

А поможет вам в этом обычный ветряной генератор, или, как его еще называют, ветряк. Ветряная электростанция сможет заряжать аккумуляторы для автономной работы бытовой техники слабой мощности и освещения. Но это не единственное его предназначение. Все зависит от вашей изобретательности.

Возможно не захочется останавливаться на изготовлении генератора для питания телевизора и освещения на даче, а построить такую электростанцию, чтобы заряжать ею не только аккумуляторы, но и батареи отопления или бойлер для горячей воды. Но настолько мощная электростанция очень сложна в сборке. Ее сложность при такой мощности утраивается.

С чего же следует начать? Для начала нужно ознакомиться с таблицей мощностей генератора:

Зависимость мощности ветрогенератора от количества лопастей и диаметра ветроколеса при скорости ветра 4 м\с

При этом, с увеличением скорости ветра мощность ветряной электростанции увеличивается. На рисунке показано такую зависимость для электростанции с мощностью 240 Вт. Рафик показывает, что при минимальном ветре 4 м/с (при котором электростанция начинает работать), мощность составляет всего 30 Вт. Однако мощность ветроэлектростанции пропорциональна скорости ветра в кубе. То есть при увеличении скорости ветра в два раза до максимальной рабочей скорости 8 м/с, мощность ветряной электростанции увеличивается с 30 Вт до полной мощности 240 Вт. При более высокой скорости ветра работа ветровой станции должна будет ограничиваться.

Основываясь на опыте можно предположить, что относительно несложный самодельный генератор будет иметь мощность 200-500 Вт. Это идеальная мощность. Редко индивидуальным конструкторам удаётся собрать более мощный генератор самостоятельно, который при этом будет работать.

Выбор конструкции ветроколеса

Ветряное колесо, пожалуй, самая главная часть ветрогенератора. Именно оно и трансформирует энергию ветра в механическую. И от его конструкции зависит выбор всех остальных узлов, например, генератора электрического тока.

Конечно, всем прекрасно известна форма ветряных колес старинных ветряных мельниц. Такие лопасти ветряной мельницы имеют очень низкий КИЭВ порядка 0,10-0,15, что намного меньше КИЭВ современных быстроходных крыльчатых колёс, которое достигает 0,46. Это потому, что низкие познания старинных мастеров в аэродинамике не дали им возможности сконструировать более совершенную конструкцию.

На рисунке изображена работа двух типов лопастей: парусной (1) и крыльчатой (2). Для того чтобы изготовить парусную лопасть, нужно прикрепить листовой материал к оси, расположив ее под углом к ветру, то есть по аналогии с ветряными мельницами древности. Но при вращении такая лопасть будет иметь значительное аэродинамическое сопротивление, которое возрастает с увеличением угла атаки. Кроме того, на её концах образуются завихрения, и за лопастью возникает зона пониженного давления. Всё это делает парусные лопасти неэффективными ветровыми движителями.

Гораздо более эффективной является лопасть крыльчатого типа. При такой форме лопасть, которая похожа на крыло самолёта,  будет иметь минимальный потери от трения и разрежения. Что касается угла атаки лопасти, то наиболее оптимальный угол равняется 10-12º. При более высоком угле атаки прирост мощности в результате более высокого давления ветра на лопасть не покрывается ростом аэродинамических потерь.

Конечно, существует множество других видов ветровых двигателей, например, вертикально-осевые роторы Савониуса или роторы Дарье. Но они имеют более низкие коэффициенты использования энергии ветра при более высокой материалоёмкости (в сравнении с крыльчатыми колёсами).

Прежде всего, нужно выбрать число лопастей. Наиболее дешевыми являются двух- и трёхлопастные ветроколёса, но они являются быстроходными и обладают следующими недостатками:

— высокие рабочие обороты приводят к возникновении больших центробежных и гироскопических сил. Гироскопические силы нагружают ось генератора, крепления и мачту, а центробежные стремятся разорвать лопасти на части. Так, окружная скорость концов лопастей быстроходных двухлопастных ветроколёс нередко достигает 200 м/с и более. Для сравнения скорость пули, выпущенной из винтовки Бейкера 1808 г., равнялась 150 м/с. Таким образом, осколки разлетающегося сломанного винта могут ранить или даже убить человека. По этой причине никому не рекомендуется изготавливать лопасти высокоскоростных ветроколёс из пластиковой трубы. Для этих целей лучше подходит более прочная на растяжение древесина. Однако изготовление лопастей из дерева – это достаточно трудоёмкий процесс.

— известно также, что при возрастании скорости вращения лопасти, увеличивается сила трения о воздух. Поэтому лопасти быстроходных ветроколёс гораздо более требовательны к аэродинамическому качеству изготовления. Даже небольшие погрешности сильно снижают КИЭВ быстроходных лопастей.

— быстроходные ветродвигатели издают сильный шум при вращении, ведь даже аэродинамически высококачественные лопасти при быстром вращении создают значительные зоны сжатий и разряджений воздуха, а кустарно изготовленные лопасти и подавно. Соответственно, чем больше окружная скорость и размеры лопасти, тем больше шум. Поэтому мощный быстроходный ветряк нельзя просто установить на крыше дома или в огороде при плотной застройке, иначе Вы рискуете просыпаться ночью от шума взлетающего вертолёта и испортить отношения с соседями в придачу.

— чем меньше лопастей у ветроколеса, тем больше вибрации. Поэтому ветроколёса с небольгим числом лопастей будет труднее сбалансировать.

Учитывая все эти недостатки быстроходных ветроколёс, следует выбрать не меньше 5-6 лопастей.

Наверное, у кого-то возникнет идея еще больше увеличить количество лопастей. Например, при 12 двухметровых лопастях, мощность при ветре 8 м/с достигнет почти 500 Вт. Однако такое дорогое ветряное колесо выйдет слишком тихоходным, а значит, потребует применения отдельного редуктора, что сильно усложнит конструкцию ветровой электростанции и повысит ее стоимость.

Таким образом, наиболее оптимальной является конструкция винта ветрогенератора диаметром 2 м и количеством лопастей равным 6.

Сегодня, времена тотального дефицита звестны лишь по наслышке, и вам не придётся по приспосабливать автомобильный генератор к ветряной электростанции. Проблема в том, что такой автомобильный генератор, например, Г-221 является высокооборотным с номинальной частотой вращения от 1100 до 6000 об/мин. Из этого следует, что без редуктора тихоходное ветроколесо ни как не сможет раскрутить генератор до рабочих оборотов.

На этом стадия подготовки завершена. А о том, как непосредственно приступить к непосредственному изготовлению ветрогенератора, мы расскажем вам в следующей статье. К изготовлению ветрогенератора нужно подходить ответственно и запастись большим запасом времени.