Wie macht man ein Mini-Windrad mit den eigenen Händen?

Um Strom zu erzeugen, benötigt die Windkraftanlage weder Kraftstoff noch Sonnenenergie. Diese Eigenschaft veranlasst viele Menschen dazu, darüber nachzudenken, wie sie eine Windkraftanlage mit ihren eigenen Händen bauen können, denn der Kauf und die Installation fertiger Anlagen ist nicht billig.

Prinzip und Typen von Windturbinengeneratoren

Sie können eine Windkraftanlage nur dann selbst bauen, wenn Sie ihre Konstruktion verstehen. Der Prototyp dieser Maschine ist eine alte Windmühle. Der Druck des Luftstroms auf seine Flügel setzt eine Welle in Bewegung, die das Drehmoment auf die Mühlenanlage überträgt.

Bei Windmühlen wird das gleiche Prinzip der Nutzung der Windenergie zum Drehen des Rotors zur Stromerzeugung verwendet:

1. Die Bewegung der Flügel durch den Wind versetzt die Hauptwelle mit einem Getriebe in Drehung. Das Drehmoment wird auf die Sekundärwelle (Rotor) des Generators übertragen, die mit 12 Magneten ausgestattet ist. Durch seine Drehung wird im Statorring Wechselstrom erzeugt.
2. Diese Art von Strom kann Batterien nicht ohne ein spezielles Gerät - einen Regler (Gleichrichter) - aufladen. Das Gerät wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom um und ermöglicht so die Speicherung des Stroms, so dass Haushaltsgeräte ohne Unterbrechung arbeiten können. Der Regler hat noch eine weitere Funktion: Er unterbricht den Ladevorgang der Batterie rechtzeitig und leitet die von der Windkraftanlage erzeugte überschüssige Energie an Geräte weiter, die viel Energie verbrauchen (z. B. Heizkörper für die Hausheizung).
3. Um 220 V zu liefern, wird der Strom von den Batterien zum Wechselrichter geleitet und dann zu den Verbrauchsstellen geführt.

Um sicherzustellen, dass die Flügel immer in der besten Position sind, um mit dem Wind zu interagieren, ist ein Heck an den Flügelvorrichtungen angebracht, das es ermöglicht, den Propeller in den Wind zu drehen. Fabrikmodelle von Windkraftanlagen verfügen über Bremsvorrichtungen oder zusätzliche Schaltkreise, um das Heck einzuklappen oder die Flügel bei ungünstigem Wetter von Windstößen abzulenken.

Es gibt verschiedene Arten von Windturbinen, die sich nach der Anzahl und dem Material der Flügel oder der Steigung des Propellers unterscheiden. Die Hauptunterteilung basiert jedoch auf der Lage der Achse oder der Hauptwelle:

1. Bei der horizontalen Ausführung wird die Welle parallel zum Boden ausgerichtet. Solche Generatoren werden als geflügelte Generatoren bezeichnet.
2. Bei vertikalen Windkraftanlagen steht die Achse senkrecht zum Horizont und die Ebenen sind um sie herum angeordnet. Vertikale Generatoren können orthogonal oder kreisförmig genannt werden.

Unabhängig von der Lage der Drehachse bleibt das Funktionsprinzip des Geräts dasselbe.

Windturbinenmodelle können einen Propeller oder ein Windrad mit 2, 3 oder mehr Flügeln haben. Mehrflügelige Geräte gelten als geeignet, bei schwachem Wind Strömung zu erzeugen, während Propeller mit 2 oder 3 Flügeln einen stärkeren Luftstrom benötigen. Eine wichtige Regel, die bei der Auswahl eines Modells zu berücksichtigen ist, ist, dass jedes Blatt der Windströmung einen Widerstand entgegensetzt und die Rotationsgeschwindigkeit verringert, so dass es schwierig ist, ein mehrflügeliges Rad auf Betriebsgeschwindigkeit zu bringen.

Bei den Windkraftanlagen gibt es segelnde und starre Anlagen. Diese Namen beziehen sich auf das Material, aus dem die Flügel hergestellt sind. Bei der Selbstmontage ist der Segeltyp einfacher und kostengünstiger, aber die aus Kunststoff (Stoff, Folie usw.) hergestellten Blätter sind nicht haltbar und verschleißfest.

Vertikale Version

Der Bau einer vertikalen Windkraftanlage ist einfacher als der Bau einer horizontalen Anlage. Die Konstruktion erfordert keine Schaufelvorrichtung, die in geringer Höhe (bis zu 2 m) angebracht ist. Die Rückmeldungen derjenigen, die vertikale Windturbinen (Windkraftanlagen) verwenden, zeugen von der geringen Geräuschentwicklung beim Drehen und der einfachen Wartung der Arbeitseinheiten. Der Generator befindet sich am unteren Ende der Struktur, so dass die Wartung ohne Arbeiten in der Höhe oder Absenken des Mastes auf den Boden durchgeführt werden kann.

Am oberen Ende der Achse ist ein Lager angebracht, das gleichzeitig als Mast dient. Es ist praktisch wartungsfrei und kann jahrelang ohne Reparatur auskommen.

Im Gegensatz zu einer Flügelwindkraftanlage benötigen vertikale Windkraftanlagen keinen hohen Mast. Sie arbeiten unabhängig von der Windrichtung, was die Konstruktion des beweglichen Teils vereinfacht. Für die Flügel eines kompakten Windgenerators können Sie PVC-Rohre mit großem Durchmesser (z.B. Abwasserrohre) verwenden, und für eine leistungsstärkere Windkraftanlage eignet sich dünner verzinkter Stahl. Diese Materialien sind für jeden Heimwerker erhältlich und relativ günstig.

Das Design des Windrads kann aus einer Vielzahl von Optionen ausgewählt werden:

• Dornier-Design mit 2 flachen Blättern;
• Savonius-System mit 4 halbzylindrischen Flügeln;
• orthogonale Mehrblatt-Windkraftanlage mit 2 Reihen von Ebenen;
• Spiralförmige Windturbinen mit gebogenem Blattprofil.

Alle vertikalen Windturbinen arbeiten nach dem Prinzip des Savonius-Aggregats. Zu Hause können die Klingen aus Stahl- oder Kunststofffässern hergestellt werden, die der Länge nach halbiert werden. Die Besonderheit der Konstruktion besteht darin, dass der Wirkungsgrad der Anlage bei einer Flügeldrehzahl von der Hälfte der Windgeschwindigkeit das Maximum erreicht. Daher lohnt es sich nicht, die Geschwindigkeit einer vertikalen Windkraftanlage zu erhöhen.

Horizontale Modelle

Im Gegensatz zu vertikalen Generatoren haben selbstgebaute Propeller-Windturbinen einen höheren Wirkungsgrad, wenn die Drehzahl der Blätter erhöht wird. Aber die zahlreichen und schmalen Elemente des Propellers tragen nicht zur optimalen Arbeit bei: Bei starkem Wind haben sie aufgrund des Luftpolsters, das sich vor dem Propeller bildet, keine Zeit, die Welle zu drehen.

Multiblatt-Windgeneratoren für zu Hause mit ihren eigenen Händen sind am besten in Gebieten mit nicht zu starken Winden gemacht. Wenn die Windstärke in der Region oft 10-15 m pro Sekunde übersteigt, ist es sinnvoll, eine Windkraftanlage mit 2-3 Flügeln zu bauen. Beide Typen sind in der Lage, mit einer Luftgeschwindigkeit von etwa 2-3 m pro Sekunde zu starten.

Ein horizontales Modell erfordert einen hohen Mast (6-12 m). Um Höhenarbeiten bei der Wartung zu vermeiden, bauen die Handwerker einen einfachen Klappmechanismus - eine Achse - an der Basis des Mastes ein. Um die Stabilität der Konstruktion unter starker Windlast zu gewährleisten, sind Seilabspannungen erforderlich, die den Mast in aufrechter Position halten.

Die Gondel mit Generator und Propeller muss gelagert und mit einer Wetterfahne versehen sein, damit der Propeller immer in einer günstigen Position zum Wind steht. Die stromführenden Kabel müssen so verlegt werden, dass sie sich bei der Drehung der Gondel nicht verdrehen und Störungen und Brüche verursachen. Deshalb sind sie im Inneren des Rohrmastes untergebracht.

Wie baut man einen 220-Volt-Windkraftgenerator?

Der erste Schritt beim Bau einer Windkraftanlage besteht darin, die erforderliche Leistung der Maschine zu bestimmen:

• Für die Beleuchtung einiger Räume reicht ein Generator von weniger als 1 kW aus, der Strom für Glühbirnen oder Energiesparlampen liefert, außerdem kann ein Laptop oder Fernseher angeschlossen werden;
• ein selbst gebauter Windgenerator mit einer Leistung von 5 kW liefert Strom für Haushaltsgeräte (Kühlschrank, Waschmaschine, Herd usw.);
• Um das Haus auf eine autonome Stromversorgung umzustellen, wird ein leistungsstarker Generator mit einer Leistung von mehr als 20 kW benötigt.

Der Generator kann selbst gebaut oder aus einem alten Auto ausgebaut werden. Auf diese Weise ist es möglich, bis zu 2-3 kW Leistung zu erzeugen. Um eine leistungsstärkere 220-V-Windturbine mit eigenen Händen zu bauen, müssen Sie die Anzahl der Spulen und Drahtwindungen, die Größe und Anzahl der Magneten auf dem Rotor und die Parameter der Flügel genau berechnen.

Ein einfacher Entwurf

Für die einfachste Konstruktion mit einer Leistung von ca. 1-1,5 kW benötigen Sie:

• Kfz-Lichtmaschine (12 V);
• Säurebatterie (12 V);
• Ein/Aus-Schalter (12 V);
• Stromwandler 700-1500 V und 12-220 V;
• Metall große Kapazität;
• Bolzen, Unterlegscheiben, Muttern;
• Befestigungsschellen für die Lichtmaschine (2 Stück).

In die Riemenscheibe der Lichtmaschine des Fahrzeugs werden symmetrische Löcher für die Schrauben gebohrt. Teilen Sie den Umfang des Gefäßes in 4 gleiche Teile. Schneiden Sie die Klingen aus:

• Markieren Sie die Rechtecke auf der Seite des Tanks, die den Kreiseinteilungen entsprechen;
• Ermitteln Sie den vertikalen Mittelpunkt der einzelnen Elemente;
• Markieren Sie die Ober- und Unterseite des Gefäßes mit einem festen, 3-5 cm breiten Rand;
• schneiden Sie das Metall zwischen den einzelnen Rechtecken bis zur Randlinie ab;
• Schneiden Sie entlang der oberen und unteren Begrenzung der Markierungen, so dass die Mitte des Rechtecks intakt und mit den Rändern verbunden bleibt;
• jedes Blatt in Bezug auf die Mittelachse ausklappen;
• Die Mitte des kreisförmigen Bodens bestimmen und die Position der Schraubenlöcher entsprechend ihrer Lage auf der Lichtmaschinenriemenscheibe markieren.

Beim Ausklappen der Flügel ist es sinnvoll, die Drehrichtung des Windrades zu bestimmen, um die richtigen Teile der Flugzeuge hervorzuholen. Die Drehwinkel aller Blätter sollten gemessen werden, um sicherzustellen, dass die Last gleichmäßig verteilt ist.

Die Montage besteht darin, die Generatorscheibe am Boden des Tanks zu befestigen. Dann wird die Basis für den Windgenerator vorbereitet (ein Mast aus einem dicken, etwa 2 m hohen Rohr). Es ist am einfachsten, den Generator an diesem Mast mit Schellen des entsprechenden Durchmessers zu befestigen. Um die Batterie zu laden, muss der Strom von der Lichtmaschine durch einen Gleichrichter geleitet werden, und der Anschluss muss anhand der Fahrzeugschaltpläne erfolgen.

Selbstgebauter Generator für eine Windkraftanlage

Das Aggregat für die horizontale Windkraftanlage kann aus Radnaben von Autos zusammengebaut werden oder einen Elektromotor aus einer Waschmaschine verwenden. Die Arbeiten erfordern den Kauf von Neodym-Magneten (eine Niob-Legierung). Am besten sind rechteckige Elemente.

Bei Verwendung eines Motors können Sie die Anzahl durch die Anzahl der Spulen bestimmen. Bei einem dreiphasigen Generator sollte die Anzahl der Magnete 2/3 der Anzahl der Spulen betragen, bei einem einphasigen Generator sollte sie gleich sein. Fachleute raten, sich für einen Drehstromgenerator zu entscheiden.

Bei Verwendung eines Waschmaschinenmotors müssen die Magnete auf den Motorrotor geklebt werden. Wird eine Radnabe verwendet, werden die Magnete auf einem Kreis aus ca. 5 mm dickem Stahlblech angebracht. Halten Sie sich beim Zusammenbau des Rotors an die Regeln:

1. Der Abstand zwischen den Magneten muss gleich sein. Legen Sie die rechteckigen Elemente so auf die Nabe, dass ihre langen Seiten mit den Radien des Rades übereinstimmen, und auf die Motorwelle entlang ihrer Längsachse.
2. Die Pole der Magnete müssen vor der Arbeit identifiziert und markiert werden. Montieren Sie sie so, dass die gegenüberliegenden Elemente unterschiedliche Polaritäten haben. Achten Sie beim Anbringen der Magnete darauf, dass sich die positiven und negativen Pole der benachbarten Teile abwechseln.
3. Es ist ratsam, die Magnete mit Epoxid zu füllen, damit sie fest auf der Oberfläche des Rotors sitzen.

Wenn Sie die Motorwelle als Rotor verwenden, setzen Sie das Teil an seinen Platz in der Wicklung und prüfen Sie die Funktion, indem Sie die Stifte eines Voltmeters auf die Leitungen setzen und die Welle mit einer Bohrmaschine drehen.

Wenn eine Nabe verwendet wird, werden Spulen aus 1 mm Kupferlackdraht selbst gewickelt. Jede Spule muss aus 60 Windungen bestehen und 9 mm hoch sein. Die Spulen müssen auf dem flachen Teil der Radnabe befestigt werden.

Bei einem Drehstromgenerator schließen Sie die Kabelenden wie folgt an:

• Lassen Sie die äußere Leitung 1 der Spule frei und schließen Sie die innere Leitung 4 an die äußere Leitung an;
• Verbinden Sie den Innenleiter von Spule 4 mit dem Außenleiter von Spule 7 und fahren Sie bis zum Ende fort, indem Sie die Wicklungsteile alle 2 Stück miteinander verbinden; das letzte sollte ein loses Innenende haben, das leicht mit dem bereits übrig gebliebenen Kabel verdrillt oder anderweitig markiert werden kann;
• Wiederholen Sie den Vorgang ab Spule 2, indem Sie die Drähte alle 2 Stück auf die gleiche Weise verbinden;
• dasselbe mit Spule 3 und den übrigen nicht angeschlossenen Spulen tun.

Am Ende des Auftrags hat der Master 6 separate Leitungen. Die Wicklung muss mit Epoxidharz gefüllt und getrocknet werden.

Dann muss die Welle in das Nabenlager eingespannt werden, auf dem der Rotorring mit den Magneten montiert ist. Der Abstand zwischen den Oberflächen der Teile beträgt 1-1,5 mm. Überprüfen Sie die Kabel auf Strom, bauen Sie das Windrad zusammen und montieren Sie es am Mast.

Wartung

Beim Betrieb des Windrads sollten Sie einmal im Monat eine allgemeine Inspektion der Befestigungselemente durchführen, das elektrische System auf Spannungsungleichgewicht, die Funktionsfähigkeit des Reglers und die gleichmäßige Spannung der Kabel überprüfen. Für einen störungsfreien Betrieb lohnt es sich, alle 3-4 Monate die Batteriepole sowie den Elektrolyt- und Ölstand im Generatorgetriebe zu überprüfen.

Die jährliche Inspektion umfasst die Überprüfung der Blattflächen, die Kontrolle der Lager und den Austausch der Lager. Bei dieser Gelegenheit wird auch der Elektrolytstand aufgefüllt und das Öl im Getriebe nachgefüllt. Bei der jährlichen Wartung werden alle Baugruppen auf ihre Funktionstüchtigkeit überprüft.

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