Hogyan készítsünk egy szélerőműparkot saját kezével

A cikk tartalma

• A szélturbina besorolása
• A „szélturbinák” előnyei és hátrányai
• Házi szélgenerátorok
• Egy otthoni szélerőmű általános projektje
• Az otthoni „szélturbinák” generátorairól
• Függőleges tengelyű házi „szélmalom”
• A Savonius forgórészének elkészítése
• Motor csatlakozás és az árboc rögzítése
• Feszültségszabályozó (egyszerű töltő)
• Vízszintes tengelyes szeles villamos berendezés
• Vízszintes tengelyű „szélturbina” gyártása
• Kombinált szélturbinák
• Az otthoni szélerőmű energiájának kiszámítása

A megújuló energiaforrások felhasználásának egyik legolcsóbb lehetősége a szélenergia felhasználása. Ez a cikk olvassa el, hogyan lehet önállóan elvégezni a számítást, összeállítani és telepíteni egy szélturbinát.

A szélturbina besorolása

A létesítményeket a következő szélturbina kritériumok alapján osztályozzuk:

• a forgástengely helye;
• pengék száma;
• elemek anyaga;
• csavar hangmagasság.

A szélturbinák általában vízszintes és függőleges forgástengellyel rendelkeznek.

Vízszintes tengelyű változat – légcsavar kialakítása egy, két, három vagy több lapáttal. Ez a levegő erőművek leggyakoribb változata, magas hatékonysága miatt..

Végrehajtás függőleges tengelygel – ortogonális és körhinta szerkezetek Darrieus és Savonius forgórészek példáin. Az utolsó két fogalmat tisztázni kell, mivel mindkettőnek van némi jelentősége a szélgenerátorok tervezésében..

A Darrieus forgórész egy szélturbina ortogonális kialakítása, ahol az aerodinamikai lapátok (kettő vagy több) egymástól szimmetrikusan helyezkednek el egy meghatározott távolságra és radiális gerendákra vannak rögzítve. A szélturbina meglehetősen bonyolult változata, a pengék gondos aerodinamikai kialakítását igényli.

A Savonius forgórész egy körhinta típusú szélturbina kivitel, ahol két félhenger alakú lapát helyezkedik el egymással szemben, és összességében szinusz alakúak. A szerkezetek hatékonysága alacsony (kb. 15%), de ez majdnem megduplázódhat, ha a pengéket a hullám irányába nem vízszintesen, hanem függőlegesen helyezik el, és többrétegű kialakításúak, és az egyes pengék szögelfordulása más párokhoz viszonyítva.

A „szélturbinák” előnyei és hátrányai

Ezen eszközök előnyei nyilvánvalóak, különösen háztartási körülmények esetén. A szélerőművek felhasználói valóban lehetőséget kapnak a szabad áramtermelésre, kivéve az építési és karbantartási költségeket. A szélturbinák hátrányai azonban nyilvánvalóak is..

Tehát a létesítmény hatékony működésének elérése érdekében teljesíteni kell a széláram stabilitásának feltételeit. Az ember nem teremthet ilyen feltételeket. Ez pusztán a természet előjoga. Egy másik, de már technikai hátrányt jelent az előállított villamos energia alacsony minősége, amelynek eredményeként drága elektromos modulokkal (szorozók, töltők, akkumulátorok, konverterek, stabilizátorok) kell a rendszert kiegészíteni..

Az előnyök és hátrányok az egyes szélturbina-módosítások jellemzői szempontjából talán nulla. Ha a vízszintes-tengelyes módosításokat magas hatékonysági értékek jellemzik, akkor a stabil működéshez széláram-irányvezérlők és hurrikán-szélvédelmi készülékek használatát kell elvégezni. A függőleges-axiális módosítások alacsony hatékonyságúak, de szélirány-követő mechanizmus nélkül stabilan működnek. Ugyanakkor az ilyen szélturbinák alacsony zajszinttel vannak megkülönböztetve, kizárják a „szivárgás” hatását erős szél esetén, és meglehetősen kompakt.

Házi szélgenerátorok

A „szélmalom” készítése saját kezűleg teljesen megoldható feladat. Ezenkívül egy konstruktív és racionális üzleti megközelítés segít minimalizálni az elkerülhetetlen pénzügyi költségeket. Először is érdemes felvázolni egy projektet, elvégezni a szükséges kiegyenlítő és teljesítmény számításokat. Ezek a tevékenységek nemcsak a szélerőműpark sikeres felépítését garantálják, hanem azt is, hogy minden megvásárolt berendezés érintetlenül maradjon..

Ajánlott egy tíz watt kapacitású mikro-szélmalom építésével kezdeni. A jövőben a szerzett tapasztalatok elősegítik egy erősebb struktúra létrehozását. Hazai szélgenerátor létrehozásakor nem szabad a jó minőségű (220 V, 50 Hz) villamos energia megszerzésére összpontosítania, mivel ez az opció jelentős pénzügyi beruházásokat igényel. Bölcsebb korlátozni az eredetileg megszerzett villamos energia felhasználását, amelyet más célokra való átalakítás nélkül is lehet felhasználni, például az elektromos fűtőberendezésekre épített fűtő- és melegvíz-ellátó rendszerek támogatására – ezek az eszközök nem igényelnek stabil feszültséget és frekvenciát. Ez lehetővé teszi egy egyszerű áramkör létrehozását, amely közvetlenül a generátorról működik..

Valószínűleg senki sem vitatja, hogy a ház fűtésének és melegvízellátásának fontossága alacsonyabb a háztartási készülékek és világítóberendezések fontossága szempontjából, amelyekhez gyakran igényelnek hatalmat az otthoni szélturbinák telepítéséhez. A szélturbina berendezése, amely kifejezetten a ház hő- és melegvízellátására szolgál, a tervezés minimális költsége és egyszerűsége.

Egy otthoni szélerőmű általános projektje

Szerkezetileg a házprojekt nagyjából megegyezik egy ipari létesítménnyel. Igaz, hogy a háztartási megoldások gyakran függőleges tengelyű szélturbinákon alapulnak, és alacsony feszültségű egyenáramú generátorokkal vannak felszerelve. Háztartási szélturbina moduljainak összetétele, feltéve, hogy jó minőségű villamos energiát nyernek (220 V, 50 Hz):

• szélturbina;
• szélirányító eszköz;
• szorzó;
• DC generátor (12 V, 24 V);
• akkumulátor töltő modul;
• újratölthető elemek (lítium-ion, lítium-polimer, ólom-sav);
• 12 V (24 V) DC feszültség átalakítója 220 V AC feszültségre.

Szélgenerátor PIC 8-6 / 2.5

Hogyan működik? Éppen. A szél megfordítja a szélturbinát. A nyomatékot szorzón keresztül továbbítják a DC generátor tengelyére. A generátor kimenetén vett energia felhalmozódik az akkumulátorokban a töltőmodulon keresztül. Az akkumulátorok kivezetéseiből állandó 12 V (24 V, 48 V) feszültség kerül a konverterre, ahol azt átalakítják olyan háztartási elektromos hálózatok táplálására alkalmas feszültséggé..

Az otthoni „szélturbinák” generátorairól

A szélturbinák legtöbb háztartási szerkezetét általában alacsony sebességű egyenáramú motorokkal tervezték. Ez a legegyszerűbb generátor opció, amely nem igényel frissítést. Optimálisan – elektromotorok állandó mágnesekkel, 60–100 V nagyságú tápfeszültségre tervezték. Van gyakorlat az autógenerátorok használatáról, de ilyen esetben szorzó bevezetése szükséges, mivel az autogenerátorok csak a magas frekvencián (1800–2500) fordítják elő a szükséges feszültséget. Az egyik lehetséges lehetőség egy aszinkron váltakozó áramú motor rekonstrukciója, de ez szintén meglehetősen bonyolult, pontos számításokat, esztergálást és neodímium mágnesek beépítését igényli a forgórész területén. Van egy opció egy háromfázisú aszinkron motorhoz, amely azonos feszültségű kondenzátorokat csatlakoztat a fázisok között. Végül lehetőség van arra, hogy a generátort saját kezűleg a semmiből készítsék. Nagyon sok utasítás van ebben a kérdésben..

Függőleges tengelyű házi „szélmalom”

A Savonius forgórészére meglehetősen hatékony és legfontosabb módon olcsó szélerőmű építhető. Példaként egy mikroerőművet tekintünk, amelynek teljesítménye nem haladja meg a 20 W-ot. Ez a készülék azonban elégséges, például, hogy elektromos energiát biztosítson néhány háztartási készülék számára, amely 12 V feszültséggel működik..

Alkatrész készlet:

1. Alumínium lemez 1,5–2 mm vastag.
2. Műanyag cső: átmérője 125 mm, hossza 3000 mm.
3. Alumínium cső: átmérő 32 mm, hossza 500 mm.
4. DC motor (potenciálgenerátor), 30-60 V, 360-450 ford / perc, például PIK8-6 / 2,5 villanymotor.
5. Feszültségszabályozó .
6. Akkumulátor.

A Savonius forgórészének elkészítése

Az alumíniumlemezből három „palacsintát” vágnak át, amelyek átmérője 285 mm. Mindegyik közepén lyukakat fúrnak egy 32 mm-es alumínium csőhöz. Kiderül, hogy valami hasonló a CD-khez. Két darab 150 mm hosszú darabot vágnak a műanyag csőből, és hosszirányban felére vágják. Az eredmény négy félkör alakú penge, 125×150 mm. Mind a három alumínium „kompakt tárcsát” egy 32 mm-es csőre helyezik, és a felső pontotól 320, 170, 20 mm távolságban rögzítik szigorúan vízszintesen, két réteggel. A pengék a lemezek közé vannak behelyezve, rétegben két darab, és szigorúan egymáshoz rögzítve, szinusz alakban. Ebben az esetben a felső réteg pengéi 90 fokos szöggel elmozdulnak az alsó réteg pengéihez képest. Az eredmény egy négytengelyes Savonius rotor. Az elemek rögzítéséhez használhat szegecseket, csavarokat, sarkokat vagy más módszereket is.

Motor csatlakozás és az árboc rögzítése

A fenti paraméterekkel rendelkező DC motorok tengelyének átmérője általában nem haladhatja meg a 10–12 mm-t. A motor tengelyének a szélturbina csőhöz történő csatlakoztatásához a szükséges belső átmérőjű sárgaréz perselyet be kell nyomni a cső alsó részébe. A cső és a hüvely falán lyukat fúrnak, egy menetet vágnak a rögzítőcsavar becsavarásához. Ezután a szélturbina csövet felhelyezzük a generátor tengelyére, majd a csatlakozást szorosan rögzítjük egy reteszelő csavarral.

A műanyag cső többi része (2800 mm) a szélturbina árbocja. A Savonius kerékkel ellátott generátorkészletet az árboc tetejére kell felszerelni – egyszerűen dugják be a csőbe ütközésig. Megállásként fém tárcsafedelet használnak, amelyet a motor elülső oldalára rögzítenek, amelynek átmérője kissé nagyobb, mint az árboc átmérője. A fedél kerületén lyukakat fúrnak a fickó vezetékeinek rögzítéséhez. Mivel a motorház átmérője kisebb, mint a cső belső átmérője, távtartókat vagy ütközőket használnak a generátor központosításához. A generátor kábelét a cső belsejében vezetik, és az alján lévő ablakon keresztül távoznak. A telepítés során figyelembe kell venni a generátor nedvesség elleni védelmét, tömítő tömítésekkel. A csapadék elleni védelem érdekében ismét esernyő-sapkát lehet felszerelni a szélturbina cső és a generátor tengelye közötti összeköttetés fölé..

A teljes szerkezetet nyílt, jól szellőző helyiségben kell felszerelni. Az árboc alá egy 0,5 méter mély lyukat ástak, a cső alsó részét leeresztik a lyukba, a szerkezetet síkhuzalokkal kiegyenlítik, majd a lyukat betonnal megtöltik.

Feszültségszabályozó (egyszerű töltő)

A gyártott szélgenerátor általában alacsony fordulatszáma miatt nem képes 12 V feszültséget szolgáltatni. A szélturbina maximális forgási gyakorisága 6–8 m / s szélsebesség mellett. eléri a 200-250 ford / perc értéket. A kimeneten 5-7 voltos feszültséget lehet elérni. Az akkumulátor feltöltéséhez 13,5-15 V feszültség szükséges. A megoldás egy egyszerű impulzusfeszültség-átalakító használata, például a LM2577ADJ feszültségszabályozó alapján összeállítva. Ha az átalakító bemenetére 5 voltos egyenáramot vezetünk, akkor 12-15 V-ot kapunk a kimeneten, ami elég az autó akkumulátorának feltöltéséhez..

Kész feszültség átalakító az LM2577-hez

Ez a mikrot szélerőmű minden bizonnyal javítható. Növelje a turbina teljesítményét, változtassa meg az árboc anyagát és magasságát, adjon hozzá egyenáramú-váltóátalakítót stb..

Vízszintes tengelyes szeles villamos berendezés

Alkatrész készlet:

1. Műanyag cső átmérője 150 mm, alumíniumlemez vastagsága 1,5-2,5 mm, fadarab 80×40 1 m hosszú, vízvezeték: karima – 3, sarok – 2, tee – 1.
2. DC elektromos motor (generátor) 30–60 V, 300–470 ford / perc.
3. Kerékcsavar 130-150 mm átmérőjű motorokhoz (alumínium, sárgaréz, textolit stb.).
4. 25 mm és 32 mm átmérőjű, 35 mm és 3000 mm hosszú acélcsövek.
5. Akkumulátor töltő modul.
6. Elemek.
7. Feszültségváltó 12 V – 120 V (220 V).

Vízszintes tengelyű „szélturbina” gyártása

A szélturbina pengék készítéséhez műanyag cső szükséges. Egy ilyen, 600 mm hosszú cső darabját hosszirányban négy azonos részre vágják. A szélmalomhoz három pengére van szükség, amelyeket a kapott szegmensekből az anyag egy részének átlósan vágásával, teljes hosszában, de nem pontosan a saroktól a sarokig, hanem az alsó saroktól a felső sarokig, az utóbbitól kissé eltolva. A szegmensek alsó részének feldolgozása egy rögzítő szirom kialakulásához vezet mind a három szegmensre. Ehhez az egyik széle mentén körülbelül 50×50 mm méretű négyzetet vágunk, a fennmaradó rész rögzítő sziromként szolgál..

A szélturbina pengéit csavarozott összeköttetésekkel rögzítik a kerékcsavarra. A szíjtárcsa közvetlenül az egyenáramú motor generátorának tengelyére van felszerelve. A szélturbina alvázaként egy egyszerű, 80×40 mm átmérőjű és 1 m hosszú fadarabot használnak, a generátort a fablokk egyik végére kell felszerelni. A rudat másik végén egy „farok” van felszerelve, amely alumíniumlemezből készül. A rudazat alsó részéhez egy 25 mm-es fémcső van rögzítve, amelynek célja egy forgótengely szerepe. Árbocként három méteres, 32 mm-es fémcsövet használnak. Az árboc teteje a forgó persely, ahova a szélturbina csövet behelyezik. Az oszloptartó vastag rétegelt lemezből készül. Ezen a tartón 600 mm átmérőjű tárcsa formájában egy vízvezeték-alkatrészekből egy szerkezet van összeállítva, amelynek köszönhetően az árboc könnyen fel lehet emelni vagy leengedni, vagy felszerelhető – szétszerelhető. Stretch merevítőket használnak az árboc rögzítéséhez.

A szélturbina minden elektronikája külön modulban van felszerelve, amelynek interfésze biztosítja az akkumulátorok és a fogyasztók összekötését. A modul tartalmaz egy akkumulátortöltőt és egy feszültség-átalakítót. Az ilyen eszközöket függetlenül összeszerelhetik a megfelelő tapasztalatokkal, vagy megvásárolhatják a piacon. Számos különböző megoldás érhető el a piacon a kívánt kimeneti feszültség és áram eléréséhez..

Kombinált szélturbinák

A kombinált szélturbinák komoly alternatíva az otthoni energiamodul számára. Valójában a kombináció magában foglalja a szélgenerátor, a napelem, a dízel vagy a benzin erőmű egyetlen rendszerben történő kombinálását. Minden módon kombinálhat, lehetőségei és igényei alapján. Természetesen, ha van egy az egyben lehetőség, ez a leghatékonyabb és legmegbízhatóbb megoldás..

Ezenkívül a szélturbinák kombinációja mellett tervezik szélerőművek létrehozását is, amelyek két különféle módosítást tartalmaznak egyszerre. Például, amikor a Savonius forgórésze és a hagyományos háromlapásos gép egy kötegben működik. Az első turbina alacsony szélsebességgel működik, a második csak névleges fordulatszámon. Így a berendezés hatékonysága fennmarad, az indokolatlan energiaveszteségeket kizárják, és aszinkron generátorok esetén a reaktív áramokat kompenzálni kell.

A kombinált rendszerek technikailag összetettek és költségesek az otthoni gyakorlat számára.

Az otthoni szélerőmű energiájának kiszámítása

A vízszintes tengelyű szélgenerátor teljesítményének kiszámításához a standard képletet használhatja:

• N = pS V3 / 2
• N – telepítési teljesítmény, W
• p – levegő sűrűsége (1,2 kg / m³)
• S – fújt terület, m²
• V – szélsebesség, m / s

Például egy olyan berendezés teljesítménye, amelynek maximális pengetartománya 1 méter, 7 m / s szélsebesség:

• N = 1,2 1 343/2 = 205,8 W

A szélturbina teljesítményének hozzávetőleges kiszámítását, amelyet a Savonius rotor alapján készítettek, a következő képlettel lehet kiszámítani:

• N = p RH V3
• N – telepítési teljesítmény, W
• R – járókerék sugara, m
• V – szélsebesség, m / s

Például egy, a szövegben említett Savonius rotorral rendelkező szélerőmű tervezésekor a teljesítményérték 7 m / s szélsebességnél. lesz:

• N = 1,2 0,142 0,3 343 = 17,5 W