Электричество — одна из тех вещей, без которых сложно представить современную жизнь, но платить за него соглашаются не все. Что же делать? Оказывается, существует несколько способов получать электричество практически бесплатно, если приложить некоторые усилия. Три самых популярных метода — это солнечная, водная и ветровая энергия. Конечно, в одной статье обо всем не расскажешь, поэтому сосредоточимся на том, как заставить ветер работать на вас.
Ветряные турбины — прекрасный способ генерации электричества, но, увы, работают они не везде. Не все регионы могут похвастаться достаточной силой ветра. Зато некоторые территории получают достаточно солнечного света или имеют доступ к воде — эти варианты тоже стоит рассмотреть. Но если в вашей местности ветер — частый гость (а специальные тесты помогают определить его потенциал), вы определенно можете использовать эту силу природы для получения чистой энергии.
Как работает ветряная турбина
Ветряные турбины (та часть конструкции, что захватывает ветер и преобразует его мощность) работают по принципу, обратному вентилятору. Если вентилятор потребляет электричество, чтобы создавать ветер, то турбина использует лопастной механизм, чтобы поглощать уже существующий ветер и превращать его в энергию.
Лопасти ветрогенератора приходят в движение только под напором ветра. Когда ветер толкает их, начинает вращаться ось (тихоходный вал). Это движение передается на высокоскоростной вал внутри редуктора, который, в свою очередь, приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество.
Типы ветряных турбин
Сегодня используются два основных типа турбин: с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Более узнаваемы вертикальные — их часто представляют в виде огромных «каруселей», выступающих из земли. Горизонтальные же имеют вытянутую форму, и их лопасти вращаются вокруг центральной опоры, а не свободно.
Такие турбины бывают разных размеров — от компактных, способных обеспечить один дом, до гигантских промышленных. Вы наверняка видели их в последнее время — популярность ветряков растет. Крупные ветряные фермы, состоящие из множества турбин на небольшой территории, тоже становятся обычным делом. Их размещают на полях, а иногда и в море.
Традиционная коммерческая турбина производит более 100 киловатт энергии (до нескольких мегаватт). Маломощные модели, используемые в домашних хозяйствах или для перекачки воды, обычно ограничены 100 киловаттами или меньше.
Эти скромные собратья отличаются от промышленных гигантов не только размерами, о чем мы поговорим далее. Они не способны легко питать несколько объектов и не могут использовать столько энергии за один раз.
Малые ветряные турбины
Как уже упоминалось, небольшая ветряная турбина производит около 100 киловатт энергии. Этого хватит на дом или небольшое предприятие, но не более. И что интересно, не все такие турбины на 100% «зеленые».
Вместо того чтобы полагаться исключительно на ветер, некоторые из них подключаются к дизельным генераторам или аккумуляторным батареям, чтобы восполнить недостающую энергию. Обычно это практикуется там, где традиционные источники электричества недоступны.
Зачем использовать ветряные турбины?
Причин обзавестись собственной ветряной турбиной несколько. Во-первых, электричество дорожает. Большинство людей зависят от государственных или частных энергокомпаний, а значит, вынуждены мириться с их тарифами.
Разве можно что-то противопоставить внезапному повышению ставок? Практически ничего. Но если вы производите собственную энергию, вам не придется подчиняться этим правилам.
Еще один приятный бонус: в некоторых регионах разрешено продавать излишки энергии обратно в сеть. Это значит, что если ваша ветряная мельница вырабатывает больше, чем потребляет ваш дом, вы можете подключиться к общей сети и получать деньги за переданную энергию.
Таким образом, вы не только экономите, но и потенциально зарабатываете, что помогает окупить первоначальные вложения в строительство генератора. Правда, это разрешено не везде, поэтому стоит изучить местное законодательство, но перспектива заманчивая.
Наконец, многие люди выбирают ветряные турбины из-за заботы об окружающей среде. Традиционные методы производства электроэнергии часто наносят вред планете и ее обитателям.
Производя собственную энергию, вы вносите вклад в сохранение природы и бережете невозобновляемые ресурсы. Для многих это становится главным аргументом в пользу самостоятельной генерации.
Ваш самодельный ветрогенератор
Создать ветрогенератор своими руками не так просто, как может показаться, но и не так сложно, как некоторые думают. Процесс потребует определенных навыков и набора оборудования, однако, разобравшись в технологии, вы сможете собрать вполне работоспособную конструкцию. А набравшись опыта, легко повторите успех для себя или друзей.
Если вы решили построить свою ветряную турбину, сначала убедитесь, что ваш участок подходит для этого. Во-первых, необходимо получить разрешение от местных властей. Удостоверьтесь, что строительство и установка ветрогенератора разрешены — в некоторых районах это запрещено, ведь конструкция займет место и будет заметна соседям.
Также убедитесь, что в вашей местности достаточно ветра. Не стоит тратить время и деньги на строительство, чтобы потом обнаружить, что ветра едва хватает, чтобы шевелить лопасти. Обязательно рассчитайте среднюю скорость ветра в вашем районе. Идеальный показатель — стабильные 4.5 метра в секунду (около 16 км/ч) и выше. Чем сильнее и постояннее ветер, тем лучше результат.
Лопасти турбины — один из самых критичных элементов всей конструкции. Поэтому отнеситесь к их изготовлению или выбору с особым вниманием. Некачественные лопасти сведут на нет всю вашу работу. Уделите этому компоненту даже больше внимания, чем остальным частям ветряка.
Вы можете купить лопасти у проверенного производителя или сделать их самостоятельно из дерева или даже труб ПВХ. Для турбины рекомендуется традиционное количество лопастей — три. Это обеспечивает оптимальный баланс между эффективностью и мощностью.
Три лопасти позволяют турбине вращаться быстрее, чем если бы их было больше. К тому же, нечетное число предпочтительнее четного (например, четырех), поскольку четное количество сильнее увеличивает вибрацию конструкции.
Следующий по важности компонент — генератор. Убедитесь, что он достаточно мощный, чтобы обеспечивать электричеством весь ваш дом (или другой объект). Он должен поддерживать высокое напряжение и работать при низких оборотах, чтобы быть совместимым с вашей турбиной. Генератор должен стабильно выдавать не менее 12 вольт.
Скорее всего, вы будете использовать генератор постоянного тока, поэтому обязательно приобретите инвертор, чтобы преобразовать электричество в переменный ток перед подачей в дом. Если же вы используете генератор переменного тока, убедитесь, что он создает достаточное электромагнитное поле для ваших нужд. Также вам понадобятся аккумуляторная батарея глубокого разряда и контроллер заряда — они защитят систему от скачков мощности и обеспечат энергией в безветренные периоды.
Собираем самодельный ветрогенератор
Для начала рекомендуем посмотреть видео о сборке коммерческого ветрогенератора, чтобы понять общий принцип конструкции и монтажа.
Для создания собственного ветрогенератора вам понадобятся: три лопасти, ступица, главный вал, генератор, хвостовая лопасть (флюгер), железный напольный фланец, трубы и фитинги, основание, кабелепровод, контроллер заряда, аккумулятор и изолированные провода. Все эти детали (плюс различные винты и болты) вместе создадут ветряную турбину, способную питать ваш дом или другое строение. Используйте качественные компоненты — от этого зависит работоспособность всей системы.
Первым делом прикрепите три лопасти к ступице. Убедитесь, что они расположены под углом 120 градусов друг к другу и имеют одинаковый угол атаки. Это позволит лопастям вращаться в одном направлении, эффективно захватывая ветер. Если они будут установлены неровно или под разными углами, вы не получите нужной энергии даже при сильном ветре.
Несущую конструкцию (головную шахту) можно сделать из деревянного бруса 50×100 мм, если нет других вариантов. Она предназначена для того, чтобы выносить лопасти и генератор за пределы башни. Просверлите отверстие примерно на одной трети длины бруса, чтобы разместить генератор ближе к нему и легко пропустить провода без риска их запутывания или заклинивания лопастей.
На этом этапе генератор нужно подключить к валу шпинделя. Это можно сделать с помощью металлических полос или блоков из дерева или ПВХ. Обязательно защитите соединения от воздействия окружающей среды. Помните, что металл может окислиться, а дерево — сгнить.
Если это произойдет, это вызовет проблемы с работой турбины, вплоть до полного выхода из строя. Защита этих деталей сведет такие риски к минимуму (хотя регулярный осмотр турбины все равно необходим).
Установите хвостовую лопасть (флюгер) на противоположный конец несущей конструкции. Она не должна быть большой или сложной. Достаточно куска листового металла длиной примерно в одну треть от длины вашего основного бруса. Закрепить его можно, сделав небольшой пропил в брусе и вставив туда лопасть. Это поможет турбине поворачиваться по направлению ветра (который, как мы знаем, не отличается постоянством).
Под валом шпинделя для поддержки всей конструкции используйте стальной напольный фланец диаметром 25 мм. Надежно прикрутите его, чтобы он выдерживал вес вала и надстроенных элементов. Затем вверните в фланец трубный ниппель того же диаметра. Это позволит турбине вращаться вместе с ветром, следуя направлению, задаваемому хвостовой лопастью.
Наконец, соедините лопасти со ступицей и валом генератора и убедитесь, что вся сборка сбалансирована. Обе стороны собранного узла должны быть ровными и уравновешенными. Если какая-то сторона перевешивает, добавьте груз для балансировки, прежде чем переходить к строительству башни. Если проигнорировать этот шаг, вы рискуете получить неустойчивую, «заваливающуюся» турбину, которая может сломаться при первом же сильном ветре.
При строительстве основания помните: на него будет опираться вся конструкция. Оно должно быть прочным, массивным и тяжелым. Для стационарного основания используйте бетон или мешки с песком. Основание должно быть не менее чем на одну треть шире высоты башни.
Заранее определитесь с высотой башни, чтобы правильно рассчитать параметры основания. В еще не застывший бетон основания нужно установить трубу диаметром 25 мм, к которой затем будут крепиться тройник и ниппель. Это станет точкой опоры для вашей башни.
Отрежьте кусок трубы-кабелепровода для башни, убедившись, что его диаметр больше ниппеля (не менее 25 мм). Это и будет высота вашей башни, поэтому тщательно все промерьте перед резкой, учитывая диаметр деталей, использованных в основании. После нарезки трубы вы будете готовы собрать все части воедино и запустить свою ветряную турбину.
Подключите контроллер заряда к аккумулятору до подсоединения к другим компонентам — это предотвратит скачки напряжения, которые могут повредить турбину еще до начала работы. Затем подключите к контроллеру изолированные кабели, убедившись, что устройство отключено от аккумулятора. Это исключит случайное вращение лопастей во время монтажа. Вам ведь не нужно, чтобы лопасти ударили вас, и не стоит рисковать, работая с подключенной системой.
Пропустите кабель через основание и вверх по башне — от тройника на основании до ее вершины. На это может потребоваться время и усилия; можно использовать вспомогательную веревку, чтобы протащить кабель наверх.
Проделайте эту операцию до окончательного монтажа башни, так будет гораздо удобнее.
Используйте зажимы для временной фиксации башни при монтаже на основание, затем установите головную часть с турбиной на вал. Пропустите кабели через верх и подключите их к генератору. Убедитесь, что все подключено правильно, — переделывать соединения на собранном генераторе будет сложно. Подключите все кабели к генератору, а кабели от основания — к аккумулятору. Теперь турбина готова к работе. Можно начинать пользоваться собственным электричеством (и чувствовать себя почти волшебником).
В заключение
Создание собственного ветрогенератора — занятие не для всех. Кому-то мешают законодательные ограничения, а у кого-то просто нет такого желания.
Но если вы заинтересованы в энергетической независимости, это отличный способ ее достичь. Независимо от того, стремитесь ли вы сэкономить или спасти планету, вы вполне можете собрать свой генератор. Не говоря уже о том, что делать вещи своими руками — это просто увлекательно.
