Мини-ГЭС своими руками: как собрать рабочий гидрогенератор из подручных материалов

С электричеством, настолько легкодоступным, его легко воспринимать как должное. В течение дня вы можете не замечать работу света или ламп в вашем доме, но когда на улице совершенно темно, вы неизбежно будете натыкаться на вещи и спотыкаться. Помимо освещения, от электроэнергии зависят и другие устройства, такие как радио и все, что требует подзарядки — от мобильных телефонов до музыкальных плееров и любых приборов на батарейках.

На самом деле, вы можете заряжать аккумуляторы и использовать их в различных устройствах, включая фонарики, если у вас есть источник питания. К счастью, вы можете создать собственное решение, построив гидрогенератор своими руками.

Хотя это может показаться сложным, сделать его самостоятельно проще, чем вы думаете, и вам не потребуются специальные навыки или опыт. При желании вы всегда можете потренироваться дома и регулярно проверять свою работу.

Как работает гидроэнергетика

Прежде чем приступить к созданию самодельного гидрогенератора, полезно узнать, как работает гидроэнергетика. Это поможет вам лучше понять принцип работы устройства и важность каждого его элемента.

Гидроэнергетика, как следует из названия, — это электричество, получаемое за счет силы текущей воды. Когда вода течет из более высокой точки в более низкую, она приводит в движение турбину, соединенную с валом, который ведет к генератору. Энергия проточной воды преобразуется в механическую энергию, а генератор превращает эту энергию в электричество, которое можно использовать для питания различных устройств.

Во многих случаях воду перекачивают вверх в периоды низкого спроса на электроэнергию (например, ночью), а когда потребление снова возрастает, воду выпускают, чтобы произвести больше энергии. Это идеальный пример возобновляемого источника энергии.

Преимущества гидроэнергетики

Если вы планируете создать собственный гидрогенератор, вы, вероятно, уже знаете о некоторых преимуществах. Важно помнить, что как крупные, так и малые гидроэлектростанции предлагают схожие преимущества, но, конечно, в разном масштабе. Основные плюсы включают:

• Чистая и экологичная энергия, что отлично для окружающей среды.
• Воду можно также использовать для орошения и других целей.
• Если электричество не нужно, генератор можно выключить и включить снова при необходимости.
• Если у вас есть собственный компактный гидрогенератор, его можно перемещать при необходимости.

Недостатки гидроэнергетики

Создавая гидрогенератор, вы должны быть готовы к некоторым потенциальным проблемам. Хотя преимущества значительны, у каждого источника энергии есть свои минусы. Среди них:

• В случае паводка вы можете остаться без электричества, а ваш генератор может быть поврежден или даже утерян.
• Если в течение долгого времени нет дождей, уровень воды в реках может стать опасно низким. Настолько, что использование гидроэнергетики может оказаться невозможным. Помните, что поток воды должен быть достаточным и сильным, чтобы вращать турбину.
• В воде может содержаться значительное количество мусора. Если его не отфильтровать, он может повредить внешние и внутренние части генератора.
• Учитывая все вышесказанное, хорошей идеей будет инвестировать в более чем один генератор на случай поломки или необходимости технического обслуживания.

Распространенные заблуждения

Создание гидрогенератора в домашних условиях может занять некоторое время, поэтому важно сделать это качественно.

Это означает, что нужно провести достаточно исследований и убедиться, что все в порядке. Может быть трудно отличить правду от мифов, поэтому вот некоторые важные заблуждения, которые следует иметь в виду:

• Системы с замкнутым контуром не так эффективны, как многие считают. Эти конструкции включают насос и систему реле. Насос подает воду на турбину, которая вращается и вырабатывает энергию. Часть этой энергии используется для работы насоса, таким образом цикл продолжается.
• Использование водосточных труб дома — тоже популярная идея, но если вы хоть что-то знаете о гидроэнергетике, то понимаете, что это неэффективно. Размещение гидроагрегатов в водосточных трубах может принести некоторую пользу во время сильных ливней, но напор воды недостаточно силен, чтобы обеспечить вас значительным количеством энергии.
• Использование муниципальной воды также рассматривалось как решение. Другими словами, некоторые владельцы думали об использовании водопроводной воды (которая имеет хорошее давление для выработки электроэнергии), но это создает несколько проблем. Это не только вредно для окружающей среды (растрата воды), но и никогда не выработает достаточно электричества, чтобы оправдать эти потери. Другими словами, количество произведенной энергии будет стоить малой доли стоимости потраченной воды.

Как сделать генератор самостоятельно

Строительство собственного гидрогенератора займет некоторое время, но с этими простыми инструкциями вы сможете пользоваться экологичной энергией раньше, чем думаете! Создав первый, вы сможете сделать дополнительные генераторы для получения еще больше энергии.

Многие из этих принципов можно масштабировать, чтобы создать генератор большего размера, если вам нужно достаточно энергии для обеспечения нескольких человек или семей в случае чрезвычайной ситуации или стихийного бедствия.

Необходимые инструменты

• Электродрель со сверлами
• Ножницы
• Изолента
• Линейка
• Гвоздь длиной 10 см
• Клеевой пистолет с тремя стержнями клея.
• Белый клей (например, ПВА)
• Канцелярский нож
• Точилка для карандашей
• Перманентный маркер
• Небольшой кусок наждачной бумаги или абразивного материала.
• Магнитный компас
• Кусачки
• Пара перчаток
• Пара защитных очков.

Необходимые материалы

• Распечатанные на бумаге шаблоны.
• Пластиковая канистра/бутыль объемом 4 литра. Например, из-под жидкости для омывателя стекол или уксуса.
• 10 пластиковых ложек
• 1 большая пробка (диаметром 3,5 — 5 см)
• Примерно 100 метров эмалированного медного провода сечением 0,5 мм² (24 AWG)
• Плотный гофрокартон или пенопласт (примерно 22 см х 30 см)
• Деревянный штифт диаметром 6 мм и длиной 20 см
• 4 керамических магнита (размером не менее 18 мм)
• Прозрачная виниловая трубка длиной 6 см, внутренний диаметр 6 мм
• 4 латунные канцелярские заклепки («брадсы»)

Подготовка дисков

Этот генератор состоит из двух основных частей: ротора и статора.

Статор — это часть, которая, как следует из названия, остается неподвижной. На нем находятся проволочные катушки, которые собирают электричество.

Ротор — это подвижная часть, которая с помощью сильных магнитов наводит электрический ток в катушках.

• Начните с наклеивания шаблона на картон с помощью белого клея. Обязательно нанесите только тонкий равномерный слой клея.
• После высыхания клея используйте канцелярский нож, чтобы вырезать диски ротора и статора.
• Тщательно обрежьте края и, чтобы защитить рабочую поверхность, подложите под картон кусок дерева или разделочную доску.
• Используйте острый гвоздь или шило, чтобы пробить центр диска ротора.
• С помощью лезвия ножа расширьте центр диска статора, чтобы получилось отверстие диаметром около 1 см.

Сборка статора

• Отрежьте кусок картона размером 3 см х 16 см, сложите его пополам и закрепите изолентой. Это будет шаблон для намотки катушек.
• Отрежьте 8 коротких полосок изоленты (примерно по 4 см) и отложите в сторону.
• Намотайте первую катушку на шаблон, оставив свободный конец провода длиной около 10 см. Плотно намотайте 200 витков.
• Аккуратно снимите катушку с шаблона и зафиксируйте ее двумя полосками изоленты.
• Используйте небольшой кусок наждачной бумаги, чтобы зачистить концы каждого провода. Удалите эмаль с участка длиной около 1 см на каждом конце и убедитесь, что провод полностью оголен.
• Повторите шаги выше, чтобы сделать еще три катушки.
• Разместите готовые катушки на диске статора, убедившись, что направление намотки чередуется: по часовой стрелке и против.
• Катушки также должны быть расположены и соединены последовательно, чтобы обеспечить правильное протекание тока.
• После правильного расположения соедините катушки между собой, скрутив соответствующие оголенные концы. После соединения заизолируйте скрутки изолентой.
• Используйте мультиметр для измерения электрического сопротивления (Ом) в этой точке. Вы должны получить показание около 10 Ом или меньше. Если сопротивление выше, проверьте соединения еще раз, пока не найдете проблему.
• Когда все соединения будут надежными, приклейте катушки к диску статора. Приклеивайте по одной катушке, нанося обильное количество клея на шаблон под ней. После того как катушка приклеится и клей затвердеет, переходите к следующей.

Сборка ротора

• Используйте магнитный компас, чтобы определить полярность ваших четырех магнитов. Обозначьте маркером северный полюс на двух магнитах и южный полюс на двух других.
• Разогрейте клеевой пистолет и расположите магниты на диске ротора. Убедитесь, что полярность чередуется от магнита к магниту.
• Нанесите небольшое количество горячего клея (около 1 см) на место для первого магнита. Вставьте магнит в клей до его затвердевания. После затвердевания переходите к следующему магниту.
• Повторите процесс для оставшихся трех магнитов, не забывая о чередовании полярности!

Изготовление вала

• Отрежьте деревянный штифт до длины 20 см.
• Используйте точилку для карандашей, чтобы заострить оба конца штифта. Не нужно делать их очень острыми, достаточно слегка закругленных концов.

Изготовление турбины

• Просверлите отверстие диаметром 6 мм в центре большой пробки. В качестве альтернативы можно использовать пробойник.
• Сделайте 8 равноудаленных меток вокруг широкого конца пробки.
• Поместите пробку (широким концом вниз) на разделочную доску. Используйте нож, чтобы сделать неглубокие прорези в местах меток на пробке. Эти прорези предназначены для вставки ложек.
• Используйте кусачки, чтобы укоротить ручки ложек до длины примерно 1 см.
• Разогрейте клеевой пистолет. Для этой части работы может понадобиться один-два клеевых стержня.
• Вставьте первую ложку в одну из прорезей пробки и нажмите на нее. Повторите это с каждой ложкой, пока все не будут на месте. Убедитесь, что они расположены равномерно, направлены в одну сторону и под одинаковым углом.
• Когда расположение всех ложек вас устроит, нанесите немного горячего клея на основание каждой ложки. Это зафиксирует их, чтобы турбина работала без сбоев. Не торопитесь и выполните этот шаг тщательно!

Сборка корпуса

• Подготовьте пластиковую канистру, удалив все этикетки.
• С помощью ножниц или ножа отрежьте дно канистры.
• С помощью линейки найдите центр на одной из сторон канистры и отметьте его перманентным маркером. Сделайте то же самое на противоположной стороне.
• Просверлите отверстие диаметром 6 мм в пластике с каждой стороны канистры (в отмеченных местах).
• Поместите статор с прикрепленными катушками на боковую сторону канистры. Убедитесь, что центральное отверстие статора точно совпадает с отверстием в канистре.
• С помощью гвоздя или шила отметьте через каждое отверстие в диске статора соответствующие места на пластиковой канистре.
• Канцелярским ножом сделайте четыре небольших прорези на стороне канистры в отмеченных местах.
• С помощью латунных заклепок закрепите диск статора на боковой стороне пластиковой канистры. Не забудьте разогнуть усики заклепок с внутренней стороны, чтобы все было надежно зафиксировано.

Завершение сборки

• Разрежьте виниловую трубку на два отрезка длиной примерно 1 см.
• Вставьте вал в пластиковую канистру через отверстие в статоре.
• Внутри канистры наденьте один отрезок виниловой трубки на вал.
• Поместите турбину внутрь канистры, убедившись, что все ложки обращены к горлышку.
• Проденьте вал через пробку турбины и аккуратно надвиньте пробку с лопатками на вал.
• Снаружи канистры с противоположной стороны должно выступать около 4 см вала.
• Отрегулируйте положение турбины так, чтобы лопатки и горлышко канистры были правильно выровнены.
• Отрегулируйте положение трубки так, чтобы она упиралась, но не входила внутрь канистры.
• Теперь наденьте второй отрезок трубки на выступающий конец вала. Эти трубки помогут удерживать все элементы турбины в правильном положении при вращении. Чтобы проверить, раскрутите турбину рукой и убедитесь, что нет заеданий. Ни одна часть турбины не должна задевать корпус канистры. При необходимости вносите коррективы и продолжайте тестирование, пока турбина не будет вращаться плавно. Даже небольшая проблема может вызвать серьезные неполадки, поэтому не игнорируйте ее, а устраните перед продолжением.
• Установите диск ротора на вал. Убедитесь, что он расположен так, чтобы магниты находились на расстоянии 2–3 мм от катушек. Прокрутите вал, чтобы проверить, что магниты не задевают катушки.
• Прокрутите диск ротора, чтобы проверить биение. Медленно вращайте вал и наблюдайте, нет ли колебаний диска. При необходимости отрегулируйте угол диска на валу.
• Когда биение будет устранено, зафиксируйте диск на валу с помощью горячего клея в месте их соединения.

Время испытаний

Тестирование проводится на протяжении всего процесса строительства, но заключительные испытания также важны. Количество вырабатываемого электричества будет зависеть от скорости потока воды.

Чем быстрее поток, тем сильнее он ударяет по лопаткам, тем быстрее вращается турбина и тем больше вырабатывается энергии.

• Поместите горлышко пластиковой канистры под струю воды из крана в вашем доме, чтобы ротор начал вращаться.
• Подключите выводы от катушек статора к мультиметру и установите режим измерения переменного напряжения (ACV). Это даст вам представление о возможностях вашего домашнего генератора.
• Помните, что кран вы используете только для тестирования устройства! При реальной эксплуатации генератор нужно установить там, где вода естественным образом течет с высоты. Возможно, вам потребуется направить поток воды с помощью, например, желоба, но этого относительно легко достичь.

Разные виды гидроэлектростанций

Гидроэнергетика используется для выработки электроэнергии, и существует несколько основных ее категорий. К ним относятся:

• Обычные системы — это те типы гидроэлектростанций, с которыми мы больше всего знакомы.
• Проточные (русловые) системы максимально используют кинетическую энергию текущих рек или ручьев. Они работают без создания водохранилища, а в некоторых случаях и без плотин.
• Малые гидроэлектростанции не используют искусственные водохранилища и имеют мощность 10 мегаватт или меньше.
• МикроГЭС обеспечивают электроэнергией отдельные дома, деревни или небольшие производства, вырабатывая от нескольких киловатт до нескольких сотен киловатт.
• Системы на трубопроводах используют воду, которая уже была отведена для других целей. Поскольку основная работа уже сделана, почему бы не извлечь из этого дополнительную пользу?
• Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) перекачивают воду вверх в водохранилище в периоды низкого спроса на электроэнергию. Когда спрос снова возрастает, воду выпускают, чтобы выработать дополнительную энергию.

Благодаря этим идеям и технологиям, которые совершенствовались годами, домашние гидрогенераторы также становятся все более популярными.

Создание гидрогенератора своими руками может быть увлекательной и полезной задачей. Важно понимать функцию каждого элемента конструкции.

Полностью разобравшись в принципах работы, вы будете лучше подготовлены к решению возможных проблем и вопросов технического обслуживания. Например, если вы заметите, что выработка электроэнергии снизилась, вы будете знать, где искать причину.

Это очень похоже на любую другую механическую систему, и, создав ее самостоятельно, вы получите уникальное понимание ее внутреннего устройства. Помните, что такие генераторы идеально подходят как для чрезвычайных ситуаций и стихийных бедствий, так и для повседневного использования. Нет причин не попробовать собрать свою конструкцию и с удовольствием поэкспериментировать!