В последнее время замечается стремительный рост популярности альтернативных источников энергии. Использование ветра относится к самым востребованным направлениям в энергетике, поэтому многие люди задумываются о покупке вертикального ветрогенератора для своего дома. Народные умельцы пытаются соорудить такую установку своими руками, что вполне реально.
Общая информация
Задача современного вертикального ветряка заключается в преобразовании силы ветра в электрическую энергию. Первые прототипы подобного изобретения появились очень давно, но в те времена люди не придавали им такого значения, как сейчас. Что касается современных установок, то они характеризуются массой преимуществ и обеспечивают стабильную подачу электроэнергии, которой вполне хватает для бытовых нужд. В некоторых европейских странах доля потребляемых энергоресурсов, вырабатываемых ветровыми станциями, составляет 25%. В их числе находится Дания.
Вертикальные ветрогенераторы по некоторым параметрам превосходят классические горизонтальные типы, что обусловлено специфической конструкцией и принципом работы. У них, в отличие от моделей с горизонтальной осью, практически нет узлов и механизмов, которые ориентируются на ветровой поток. Из-за этой особенности любые гидроскопические нагрузки существенно снижаются, а конструкция принимает произвольное положение независимо от направления ветрового потока. При этом такие ветряки обладают более простым исполнением, что позволяет соорудить их в домашних условиях.
Среди ключевых разновидностей установок с вертикальной осью вращения выделяют:
- ортогональную конструкцию;
- механизм Дарье;
- механизм Савониуса;
- ветряк с геликоидной конструкцией.
Основные преимущества
Главным преимуществом вертикального ветряка является его способность функционировать на низкой высоте, выдавая высокий уровень КПД. И хоть горизонтальный ветрогенератор более производительный, у вертикального во время обслуживания системы не приходится задействовать сложные механизмы или дорогостоящее оборудование, при этом конструкция обладает высокой надежностью и большим сроком службы.
За счет особого профиля лопастей и специфической формы ротора агрегат обеспечивает лучшие показатели производительности, которые не меняются в зависимости от движения ветра. Компактные модели бытового назначения оснащены тремя (или больше) вращающимися элементами, способными мгновенно зафиксировать порыв ветра и начать процесс его преобразования в электрическую энергию. Они работают при силе ветра от 1,5 м/с, что существенно повышает их эффективность и КПД.
Во время работы установка не издает шума или характерного для крупных ветряков звука, что считается бесспорным плюсом. Также она не выбрасывает вредные вещества в атмосферу, не нуждается в частом обслуживании и продолжает поставлять в помещение качественную энергию в течение большого промежутка времени. Если составить список достоинств вертикальных ветрогенераторов, то он будет состоять из таких пунктов:
- Максимальная экологичность.
- Способность работы без дополнительного топлива.
- Экономичность.
- Отсутствие сложного и частого обслуживания.
- Работа на основе неисчерпаемой энергии.
Если ветряк сконструирован правильно, то он сможет превратить частное помещение в автономный объект по добыче электричества, став дополнительным источником дохода. Однако кроме плюсов у таких агрегатов есть и минусы:
- Дороговизна. Заводские модели от иностранных брендов стоят довольно дорого, но ветрогенераторы с вертикальной осью вращения российского производства вполне доступные.
- Приличный уровень шумности. Такой минус присутствует у крупных промышленных ветряков, так как бытовые разработки практически бесшумные.
- Нестабильная мощность.
Последняя особенность ветряков считается наиболее существенной, но специалисты избавляются от нее с помощью установки нескольких батарей. Также важно отметить, что производительность ветряной станции может зависеть от погодных условий, которые зачастую бывают непредсказуемыми. Плюсов у подобного генератора энергии гораздо больше, чем минусов, поэтому вопрос его установки в частном доме становится все более актуальным.
Принцип работы и классификация
В основе работы вертикального ветряка применен принцип магнитной левитации. При вращении турбин происходит образование импульсной и подъемной силы, а также силы фактического торможения. За счет первых двух лопасти установки начинают двигаться, что вызывает активацию ротора и приводит к созданию магнитного поля. Система работает автономно и не требует участия владельца.
Несмотря на общий принцип работы, ветроулавливающие приборы могут отличаться своей конструкцией. И хоть это практически не сказывается на эффективности и производительности, но помогает найти оптимальный вариант для конкретных задач в конкретной местности.
Если говорить об ортогональных системах, то они построены на базе прочной оси вертикального вращения и нескольких лопастей, которые находятся на удалении от центровой основы. Система не требует монтажа дополнительных направляющих узлов и полноценно работает при любом ветре. Вертикальное расположение главного вала позволяет устанавливать привод на уровне земли, а это заметно упрощает дальнейшую эксплуатацию или ремонтные работы.
Единственным уязвимым местом в ортогональных генераторах являются опорные узлы. Они обладают не очень большим эксплуатационным сроком, что объясняется необходимостью работать под высокими нагрузками, которые оказывает ротор. Чтобы предотвратить быстрое повреждение системы, опорные детали нужно вовремя обслуживать, осуществляя замену вышедших из строя элементов новыми.
Среди минусов приборов этого типа выделяют внушительный вес лопастей, а также меньший показатель КПД по сравнению с горизонтально-осевыми приборами. Но для бытовых целей подобных ветрогенераторов вполне хватает. Со своими рабочими обязанностями они справляются в лучшем виде.
Модели с ротором Дарье и Савониуса
Устройства, в основе которых работает ротор Дарье, оборудованы вертикальной осью вращения и двумя-тремя плоскими лопастными системами, не имеющими характерного аэродинамического профиля и находящимися у основания и на верхушке. Принцип работы установки базируется на силе или направлении ветра. К преимуществам такого ветряка относятся:
- Максимальная скорость вращения.
- Возможность монтажа системы привода непосредственно на земле.
- Простота осмотра и обслуживания.
Модели с двумя лопастями вступают во взаимодействие с ветром только при его сильных порывах. Если ветровой поток недостаточно интенсивный или равномерно набегающий, они остаются неподвижными. Из недостатков ветряков с генератором Дарье выделяют уязвимость к динамическим нагрузкам и сравнительно низкий показатель КПД.
Что касается ветряных устройств, оснащенных ротором Савониуса, то они обладают полуцилиндрическими лопастями и обеспечивают высокий крутящий момент даже при недостаточно сильном ветре. Максимальная мощность ветрогенераторов этого типа достигает 5 кВт, поэтому их практически не применяют в качестве самостоятельной рабочей станции. Вместо этого приборы стали использоваться как инструмент для разгона роторных моделей Дарье. Из-за весомых недостатков массовое производство такого оборудования считается неоправданным.
Другие типы
Ветряки, оснащенные многолопастным ротором, представляют собой качественную модернизацию классических моделей ортогонального типа. В основе их работы лежит роторный комплекс из нескольких лопастей, размещенных в два ряда. Наружный ярус является статичным и выполняет роль направляющего механизма, захватывая поток ветра и сжимая его. За счет этой технологии фактическая скорость ветра существенно растет.
Второй ярус состоит из подвижных элементов, которые воспринимают воздухопоток от наружных лопастей под определенным углом. Такая конфигурация делает прибор высокопроизводительным и существенно повышает его КПД. Но стоят системы с многолопастным ротором недешево, поэтому среднестатистические потребители останавливаются на более простых и доступных решениях. Тем не менее эксперты в области энергетики заявляют, что эта установка демонстрирует наилучшую эффективность в своем классе и может работать даже при незначительном ветровом потоке.
Также на рынке широко распространены геликоидные ветряные установки, представляющие собой усовершенствованную версию ортогональных приборов. В этих приборах лопасти закручены по дуге, что обеспечивает эффективное улавливание ветрового потока и стабильное вращение. Применение передовой технологии вращения снижает динамическую нагрузку на основные рабочие элементы, что положительно сказывается на сроках службы установки.
Устройства с геликоидным ротором обладают максимальной надежностью и способны справляться с большими нагрузками. Но при работе они могут издавать шум и дополнительные звуковые волны.
К сожалению, такая разновидность ветряков не обрела широкой популярности из-за высокой стоимости. Объясняется это тем, что производство геликоидных приборов — очень трудоемкий и длительный процесс, который подразумевает использование сложной технологии.
Вертикально-осевые устройства
Что касается вертикально-осевых генераторов, то они отличаются от предыдущих типов расположением лопастной системы. В вертикальной конфигурации она напоминает собой авиационное крыло с параллельной вертикальному валу осью. По своим конструктивным особенностям изобретение слегка похоже на ротор Дарье, но у него есть масса преимуществ и уникальных особенностей.
Работает такой генератор намного быстрее, чем остальные модели, поэтому показатели его КПД заметно выше. За короткий промежуток времени установка выдает требуемый энергоресурс и восполняет нужды потребителей в энергопотреблении.
Также к плюсам системы можно отнести максимальную надежность и долговечность, способность справляться с внушительными нагрузками и относительную дешевизну. За счет таких характеристик вертикально-осевые генераторы пользуются большой популярностью и являются лидерами рынка.
Изготовление своими руками
Даже самые простые модели ветрогенераторов стоят довольно дорого, поэтому позволить себе покупку такого устройства может не каждый. Из-за этого народные умельцы и талантливые изобретатели стали изготовлять продуктивные механизмы своими руками.
Сделать ветрогенератор вертикально-осевого типа несложно. Для этого нужно найти подходящее комплектующее оборудование, составить чертежи и следовать инструкции. При минимальных порывах ветра такой ветряк начнет работать, радуя своих владельцев доступной и качественной электроэнергией. Для создания будущего генератора необходимо подготовить:
- ротор — подвижный узел;
- лопастную систему;
- осевую мачту;
- статор;
- батареи;
- инвертор;
- контроллер.
При самостоятельном изготовлении лопастей рекомендуется задействовать легкий пластик, который обладает хорошей упругостью. Остальное сырье боится всевозможных воздействий и быстро деформируется, поэтому лучше останавливаться на пластиковых конструкциях.
Перед тем как приступить к производству, нужно учесть, что такой прибор недостаточно мощный и существенно уступает заводским образцам по производительности. Чтобы не разочароваться в самодельной конструкции, лучше заранее сделать ее в 2 раза мощнее, чем упоминается в инструкции.
Без сомнений, ветровой генератор — это одно из самых полезных изобретений нашего века. И необязательно быть олигархом, чтобы обзавестись такой системой, ведь при минимальных усилиях ее можно изготовить самостоятельно.
