Hogyan készítsünk egy mini szélturbinát saját kezűleg?

A szélturbina villamosenergia-termeléséhez nincs szükség üzemanyagra vagy napenergiára. Ez a tulajdonság sokakat arra késztet, hogy elgondolkodjanak azon, hogyan építsenek saját kezűleg szélturbinát, mivel a kész berendezések megvásárlása és telepítése nem olcsó.

A szélturbina-generátor elve és típusai

Szélturbinát csak akkor készíthetsz magadnak, ha érted a felépítését. Ennek a gépnek a prototípusa egy régi szélmalom. A szárnyaira ható légáramlás nyomása egy tengelyt hoz mozgásba, amely a nyomatékot továbbítja a malom berendezéséhez.

A szélmalmoknál ugyanezt az elvet, a rotor forgatására használt szélenergiát használják fel az áramtermeléshez:

1. A lapátok szél általi mozgása a hajtóművel ellátott elsődleges tengelyt forgatja. A nyomatékot a generátor 12 mágnessel ellátott másodlagos tengelyére (rotor) továbbítják. Forgása váltakozó áramot generál az állórész gyűrűjében.
2. Ez a fajta villamos energia nem képes az akkumulátorokat egy speciális eszköz - egy szabályozó (egyenirányító) - nélkül tölteni. A készülék a váltakozó áramot egyenárammá alakítja, lehetővé téve annak tárolását, hogy a háztartási készülékek megszakítás nélkül működhessenek. A vezérlő egy másik funkciót is ellát: időben leállítja az akkumulátor töltését, és a szélturbina által termelt többletenergiát olyan egységekhez továbbítja, amelyek nagy mennyiségű energiát fogyasztanak (például a lakásfűtéshez használt fűtőelemek).
3. A 220 V-os tápellátáshoz az áramot az akkumulátorokból az inverterbe vezetik, majd a fogyasztási pontokhoz vezetik.

Annak érdekében, hogy a lapátok mindig a legjobb helyzetben legyenek a széllel való kölcsönhatáshoz, a szárnyszerkezetekre egy farokrész van felszerelve, amely lehetővé teszi a légcsavar szélbe fordítását. A szélturbinák gyári modelljei fékezőberendezésekkel vagy kiegészítő áramkörökkel rendelkeznek a farok lehajtására vagy a lapátok kedvezőtlen időjárás esetén a széllökésektől való eltérítésére.

A szélturbináknak több típusa létezik, amelyeket a lapátok száma és anyaga, illetve a légcsavar állásszöge szerint osztályoznak. A fő felosztás azonban a tengely vagy a főtengely elhelyezkedésén alapul:

1. A vízszintes típusnál a tengelyt a talajjal párhuzamosan kell elhelyezni. Az ilyen generátorokat szárnyas generátoroknak nevezzük.
2. A függőleges szélturbináknál a tengely merőleges a horizontra, és a síkok e körül helyezkednek el. A függőleges generátorokat ortogonálisnak vagy körkörösnek is nevezhetjük.

A forgástengely elhelyezkedésétől függetlenül a készülék működési elve ugyanaz marad.

A szélturbina modellek rendelkezhetnek propellerrel vagy szélkerékkel, 2, 3 vagy több lapáttal. A többszárnyú eszközökről úgy vélik, hogy képesek áramlást generálni gyenge szélben, míg a 2 vagy 3 szárnnyal rendelkező légcsavarok erősebb légáramlást igényelnek. A modell kiválasztásakor figyelembe veendő fontos szabály, hogy minden egyes lapát ellenállást fejt ki a széláramlással szemben, és csökkenti a fordulatszámot, így egy többlapátos kereket nehéz üzemi sebességre pörgetni.

A szélturbinák fajtái között vannak vitorlázó és merev szélturbinák. Ezek a nevek arra az anyagra utalnak, amelyből a szárnyak készülnek. Az önszerelésnél a vitorla típus egyszerűbb és gazdaságosabb lesz, de a műanyagból (szövet, fólia stb.) készült pengék nem tartósak és kopásállóak.

Függőleges változat

Egy függőleges szélturbina építése egyszerűbb, mint egy vízszintesé. A kialakítás nem igényel alacsony (legfeljebb 2 m) magasságban elhelyezett szárnyas berendezést. A függőleges szélturbinákat (szélturbinát) használók visszajelzései a forgás közbeni kis zajról és a működő egységek karbantartásának kényelméről tanúskodnak. A generátor a szerkezet alján helyezkedik el, és a karbantartást anélkül lehet elvégezni, hogy a magasból kellene dolgozni vagy az árbocot a földre leengedni.

A tengely felső végére egy csapágy van felszerelve, amely egyben az árbocként is szolgál. Gyakorlatilag karbantartásmentes, és évekig tarthat javítás nélkül.

A lapátos szélturbinákkal ellentétben a függőleges szélturbináknak nincs szükségük magas árbocra. A szél irányától függetlenül működnek, ami leegyszerűsíti a mozgó rész kialakítását. A lapátok egy kompakt szélgenerátor, akkor egy nagy átmérőjű PVC cső (például szennyvízcső), és egy nagyobb teljesítményű szélturbina alkalmas vékony horganyzott acél. Ezek az anyagok minden barkácsoló számára elérhetőek és viszonylag olcsók.

A szélkerék kialakítását a rendelkezésre álló számos lehetőség közül lehet kiválasztani:

• Dornier kivitel 2 lapos pengével;
• Savonius rendszer 4 félig hengeres szárnnyal;
• ortogonális többlapátos szélturbina 2 sík sorral;
• Ívelt lapátprofillal rendelkező spirális szélturbinák.

Minden függőleges szélturbina a Savonius-aggregátum elvét alkalmazza. Otthon a pengék acél- vagy műanyag hordókból készülhetnek, amelyeket hosszában kettévágunk. A konstrukció sajátossága, hogy az egység hatásfoka a szélsebesség felének megfelelő lapátsebességnél éri el a maximumot. Ezért egy függőleges szélturbina esetében nem érdemes megpróbálni a sebességet felpörgetni.

Vízszintes modellek

A függőleges generátorokkal ellentétben a házi készítésű propelleres szélturbinák nagyobb hatásfokkal rendelkeznek, ha a lapátok sebességét növelik. A légcsavar számos és keskeny eleme azonban nem járul hozzá a legjobb munkához: erős széllökésnél a légcsavar előtt kialakuló légpárna miatt nincs idejük megpörgetni a tengelyt.

A többlapátos szélgenerátorok otthoni saját kezűleg a legjobbak olyan területeken, ahol nem túl erős a szél. Ha a szélerősség a régióban gyakran meghaladja a 10-15 m/másodpercet, akkor érdemes 2-3 lapátos szélturbinát építeni. Mindkét típus körülbelül 2-3 m/másodperc légsebességgel képes elindulni.

A vízszintes modellhez magas (6-12 m) árbocra van szükség. Annak érdekében, hogy a karbantartás során elkerüljék a magasban végzett munkákat, a népi mesteremberek egy egyszerű összecsukható mechanizmust - tengelyt - szerelnek az árboc tövébe. A szerkezet stabilitásának biztosítása érdekében erős szélterhelés esetén kábelrudakra van szükség az árboc függőleges helyzetben tartásához.

A generátort és a légcsavart tartalmazó géptetőt csapágyazottan kell felszerelni, és időjárási lapátokkal kell ellátni annak érdekében, hogy a légcsavar a szélhez képest mindig előnyös helyzetbe kerüljön. Az áramot vezető kábeleket úgy kell elhelyezni, hogy azok ne csavarodjanak el a motorháztető forgásakor, és ne okozzanak interferenciát és törést. Ezért hordozzák őket a csőszerű árbocon belül.

Hogyan készítsünk 220 voltos szélturbina generátort?

A szélturbina építésének első lépése a gép szükséges teljesítményének meghatározása:

• Néhány helyiség megvilágításához elegendő egy 1 kW-nál kisebb teljesítményű generátor; ez biztosítja az izzók vagy energiatakarékos izzók áramellátását, és ezen kívül egy laptop vagy egy TV is csatlakoztatható hozzá;
• egy 5 kW teljesítményű házi szélgenerátor biztosítja a háztartási készülékek (hűtőszekrény, mosógép, tűzhely stb.) áramellátását;
• A ház önálló áramellátásra való átállításához egy több mint 20 kW teljesítményű, nagy teljesítményű generátorra van szükség.

A generátor lehet saját készítésű vagy egy régi autóból átalakított. Így akár 2-3 kW teljesítmény is előállítható. Ahhoz, hogy saját kezűleg nagyobb teljesítményű 220 V-os szélturbinát készíthessen, pontos számításokat kell végeznie a tekercsek és a huzalfordulatok számáról, a rotoron lévő mágnesek méretéről és számáról, valamint a lapát szárnyak paramétereiről.

Egyszerű kialakítás

A legegyszerűbb, kb. 1-1,5 kW teljesítményű konstrukcióhoz a következőkre van szükség:

• autó generátor (12 V);
• savas akkumulátor (12 V);
• Kikapcsoló (12 V);
• áramátalakító 700-1500 V és 12-220 V;
• fém nagy kapacitású;
• csavarok, alátétek, anyák;
• rögzítő bilincsek a generátorhoz (2 db).

Készítsen szimmetrikus lyukakat az autó generátorának szíjtárcsáján a csavarok számára. Ossza az edény kerületét 4 egyenlő részre. Vágja ki a pengéket:

• Jelölje ki a tartály oldalán a körfelosztásoknak megfelelő téglalapokat;
• Keresse meg az egyes elemek függőleges középpontját;
• Jelölje meg az edény tetejét és alját 3-5 cm széles, tömör peremmel;
• vágja a fémet az egyes téglalapok között a peremvonalig;
• a jelölések felső és alsó határai mentén vágásokat végezzen úgy, hogy a téglalap közepe érintetlen maradjon és a peremekhez kapcsolódjon;
• minden egyes lapátot a középső tengelyhez képest kibontani;
• határozza meg a kör alakú alj közepét, jelölje meg a csavarfuratok helyét a generátor szíjtárcsáján való elhelyezkedésüknek megfelelően.

A szárnyak kibontásakor érdemes meghatározni a szélkerék forgásirányát, hogy a megfelelő részek kerüljenek elő a repülőgépekből. Az egyenlő terhelés biztosítása érdekében meg kell mérni az összes lapát elfordulási szögét.

Az összeszerelés a generátor csigájának a tartály aljára történő csavarozásából áll. Ezután elkészítik a szélgenerátor alapját (egy vastag csőből készült, kb. 2 méter magas árboc). A generátort a legegyszerűbben a megfelelő átmérőjű bilincsek segítségével lehet ehhez az árbochoz rögzíteni. Az akkumulátor töltéséhez a generátorból származó áramot egyenirányítón kell átvezetni, és a csatlakozást a jármű kapcsolási rajzai alapján kell elvégezni.

Házi generátor egy szélturbina számára

A vízszintes szélturbina-generátor egységét össze lehet szerelni autó kerékagyakból, vagy egy mosógépből származó villanymotorral. A munka neodímium mágnesek (niobium ötvözet) beszerzését igényli. A legjobbak a téglalap alakú elemek.

A számot a tekercsek száma alapján határozhatja meg, ha motort használ. Háromfázisú generátor esetén a mágnesek számának 2/3-ának kell lennie a tekercsek számának, egyfázisú generátor esetén pedig ugyanennyi. A szakemberek azt tanácsolják, hogy háromfázisú generátort válasszon.

Mosógépmotor használata esetén a mágneseket a motor forgórészéhez kell ragasztani. Kerékagy használata esetén a mágneseket egy körülbelül 5 mm vastag acéllemezből készült körre kell helyezni. A rotor összeszerelésekor tartsa be a szabályokat:

1. A mágnesek közötti távolságnak egyenlőnek kell lennie. Helyezze a téglalap alakú elemeket a kerékagyra úgy, hogy hosszú oldalaik a kerék sugarai mentén, a motor tengelyére pedig annak hossztengelye mentén helyezkedjenek el.
2. A mágnesek pólusait a munka előtt azonosítani és jelölni kell. Szerelje fel őket úgy, hogy az ellentétes elemek különböző polaritásúak legyenek. A mágnesek elhelyezésekor váltogassa a szomszédos részek pozitív és negatív pólusait.
3. Célszerű a mágneseket epoxival kitölteni, hogy szilárdan rögzüljenek a rotor felületén.

Ha a motor tengelyét rotornak használja, helyezze az alkatrészt a tekercselésben a helyére, és ellenőrizze a működést úgy, hogy egy feszültségmérő tollát a vezetékekhez illeszti, és fúróval forgatja a tengelyt.

Ha hubot használnak, 1 mm-es zománcozott rézhuzalból készült tekercseket tekercselnek önmagukban. Minden tekercsnek 60 fordulatból kell állnia és 9 mm magasnak kell lennie. A tekercseket a kerékagy lapos részén kell rögzíteni.

Háromfázisú generátor esetén csatlakoztassa a kábelvégeket a következőképpen:

• hagyja szabadon a tekercs 1. külső vezetékét, és csatlakoztassa a 4. belső vezetéket a külső vezetékhez;
• a 4-es tekercs belső vezetőjét csatlakoztassa a 7-es tekercs külső vezetőjéhez, és folytassa a végéig, a tekercsrészeket 2 db-onként összekötve; az utolsónak legyen egy laza belső vége, amelyet könnyen össze lehet csavarni a már megmaradt vezetékkel, vagy más módon jelölni;
• ismételje meg a folyamatot a 2. tekercstől kezdve, a vezetékeket 2 darabonként ugyanúgy összekötve;
• tegye ugyanezt a 3. tekerccsel és a fennmaradó, nem csatlakoztatott tekercsekkel.

A munka végén a mester 6 különálló vezetékkel rendelkezik. A tekercset epoxival kell kitölteni és megszárítani.

Ezután a tengelyt be kell szorítani a tengelycsapágyba, amelyre a mágnesekkel ellátott forgórészgyűrű van felszerelve. Az alkatrészek felületei közötti hézag 1-1,5 mm. Ellenőrizze a vezetékek áramellátását, szerelje össze a szélkereket és szerelje fel az árbocra.

Karbantartás

A szélkerék üzemeltetésekor havonta egyszer el kell végezni a kötőelemek általános ellenőrzését, ellenőrizni kell az elektromos rendszer feszültségegyenetlenségét, a vezérlő szervizelhetőségét és a kábelek feszességének egyenletességét. A problémamentes működés biztosítása érdekében 3-4 havonta egyszer érdemes ellenőrizni az akkumulátor pólusait, valamint a generátor hajtóművében az elektrolit- és olajszintet.

Az éves ellenőrzés magában foglalja a lapátok felületének ellenőrzését, a csapágyak működőképességének meghatározását és cseréjét. Az elektrolitszintet is feltöltik, és ekkor kerül hozzá a sebességváltóba az olaj. Az éves karbantartás magában foglalja az összes szerelvény megfelelő működésének ellenőrzését.

Kapcsolódó cikkek: