Una delle opzioni più convenienti per l'utilizzo di fonti energetiche rinnovabili è l'uso dell'energia eolica. Leggi come eseguire autonomamente un calcolo, assemblare e installare una turbina eolica in questo articolo.

Classificazione delle turbine eoliche

Le installazioni sono classificate in base ai seguenti criteri per le turbine eoliche:

• la posizione dell'asse di rotazione;
• numero di lame;
• materiale degli elementi;
• passo della vite.

Le turbine eoliche, di regola, hanno un design con asse di rotazione orizzontale e verticale.

Versione ad asse orizzontale: design dell'elica con una, due, tre o più pale. Questa è la versione più comune delle centrali elettriche ad aria grazie alla sua alta efficienza.

Esecuzione con asse verticale - strutture ortogonali e a carosello sull'esempio dei rotori Darrieus e Savonius. Gli ultimi due concetti dovrebbero essere chiariti, poiché entrambi hanno un certo valore nella progettazione di generatori eolici.

Il rotore Darrieus è un disegno ortogonale di una turbina eolica, in cui le pale aerodinamiche (due o più) si trovano simmetricamente tra loro a una certa distanza e sono montate su travi radiali. Una versione piuttosto complessa della turbina eolica, che richiede un'attenta progettazione aerodinamica delle pale.

Il rotore Savonius è un modello di turbina eolica a carosello, in cui due pale semicilindriche si trovano una contro l'altra, formando una forma sinusoidale nel suo insieme. L'efficienza delle strutture non è elevata (circa il 15%), ma può essere quasi raddoppiata se le pale sono posizionate nella direzione dell'onda non orizzontalmente, ma verticalmente e utilizzano un design a più livelli con uno spostamento angolare di ogni coppia di lame rispetto ad altre coppie.

Vantaggi e svantaggi delle "turbine eoliche"

I vantaggi di questi dispositivi sono evidenti, soprattutto se applicati a condizioni domestiche. Gli utenti di "turbine eoliche" hanno effettivamente l'opportunità di riprodurre elettricità gratuitamente, a parte i piccoli costi di costruzione e manutenzione. Tuttavia, anche gli svantaggi delle turbine eoliche sono evidenti.

Quindi, per ottenere un funzionamento efficiente dell'impianto, devono essere soddisfatte le condizioni per la stabilità dei flussi di vento. Una persona non può creare tali condizioni. Questa è prerogativa puramente della natura. Un altro, ma già tecnico inconveniente, è la bassa qualità dell'elettricità generata, per cui è necessario integrare il sistema con costosi moduli elettrici (moltiplicatori, caricatori, batterie, convertitori, stabilizzatori).

Vantaggi e svantaggi in termini di caratteristiche di ciascuna delle modifiche delle turbine eoliche, forse, equilibrio a zero. Se le modifiche orizzontale-assiali hanno un alto valore di efficienza, allora per un funzionamento stabile richiedono l'uso di regolatori della direzione del flusso del vento e dispositivi di protezione dai venti degli uragani. Le modifiche assiali verticali hanno una bassa efficienza, ma funzionano stabilmente senza un meccanismo per tracciare la direzione del vento. Allo stesso tempo, tali turbine eoliche si distinguono per un basso livello di rumorosità, escludono l'effetto di "fuga" in condizioni di vento forte e sono abbastanza compatte.

Generatori eolici fatti in casa

Fare un "mulino a vento" con le tue mani è un compito completamente risolvibile. Inoltre, un approccio costruttivo e razionale al business aiuterà a minimizzare le inevitabili spese finanziarie. Prima di tutto, vale la pena abbozzare un progetto, eseguendo i necessari calcoli di bilanciamento e potenza. Queste azioni non solo garantiranno il successo della costruzione del parco eolico, ma assicureranno anche che tutte le attrezzature acquistate siano mantenute intatte.

Si consiglia di iniziare con la costruzione di un micro-mulino a vento con una capacità di diverse decine di watt. In futuro, l'esperienza acquisita contribuirà a creare una struttura più potente. Quando crei un generatore eolico domestico, non dovresti concentrarti sull'ottenere elettricità di alta qualità (220 V, 50 Hz), poiché questa opzione richiederà investimenti finanziari significativi. È più saggio limitare l'uso dell'elettricità inizialmente ottenuta, che può essere utilizzata con successo senza conversione per altri scopi, ad esempio, per supportare sistemi di riscaldamento e fornitura di acqua calda costruiti su riscaldatori elettrici (TEN) - tali dispositivi non richiedono una stalla tensione e frequenza. Ciò consente di creare un semplice circuito che opera direttamente dal generatore.

Molto probabilmente, nessuno sosterrà che il riscaldamento e la fornitura di acqua calda in una casa sono di importanza inferiore agli elettrodomestici e ai dispositivi di illuminazione, per i quali si richiede spesso energia per installare turbine eoliche domestiche. Il dispositivo delle turbine eoliche proprio allo scopo di fornire alla casa calore e acqua calda è il costo minimo e la semplicità del design.

Progetto generalizzato di una turbina eolica domestica

Strutturalmente, il progetto della casa è in gran parte lo stesso di un'installazione industriale. È vero, le soluzioni domestiche si basano spesso su turbine eoliche assiali verticali e sono dotate di generatori CC a bassa tensione. La composizione dei moduli di una turbina eolica domestica, a condizione che si ottenga elettricità di alta qualità (220 V, 50 Hz):

• turbina eolica;
• dispositivo di orientamento del vento;
• moltiplicatore;
• generatore DC (12V, 24V);
• modulo di ricarica della batteria;
• batterie ricaricabili (ioni di litio, polimeri di litio, piombo acido);
• convertitore di tensione CC 12 V (24 V) in tensione CA 220 V.

Generatore eolico PIC 8-6 / 2.5

Come funziona? Appena. Il vento fa girare la turbina eolica. La coppia viene trasmessa tramite un moltiplicatore all'albero del generatore DC. L'energia ricevuta all'uscita del generatore attraverso il modulo di ricarica viene accumulata nelle batterie. Dai morsetti della batteria viene fornita al convertitore una tensione costante di 12 V (24 V, 48 V), dove viene trasformata in una tensione idonea ad alimentare le reti elettriche domestiche.

A proposito di generatori per la casa "turbine eoliche"

La maggior parte delle strutture domestiche delle turbine eoliche, di regola, sono progettate utilizzando motori CC a bassa velocità. Questa è l'opzione del generatore più semplice che non richiede aggiornamenti. In modo ottimale: motori elettrici con magneti permanenti, progettati per una tensione di alimentazione di circa 60-100 volt. Esiste una pratica di utilizzo di generatori per auto, ma in tal caso è necessaria l'introduzione di un moltiplicatore, poiché gli autogeneratori producono la tensione richiesta solo ad alti (1800-2500) giri / min. Una delle possibili opzioni è la ricostruzione di un motore a corrente alternata asincrono, ma è anche piuttosto complessa, richiede calcoli accurati, lavori di tornitura e installazione di magneti al neodimio nell'area del rotore. Esiste un'opzione per un motore asincrono trifase con il collegamento di condensatori della stessa capacità tra le fasi. Infine, c'è la possibilità di realizzare un generatore da zero con le proprie mani. Ci sono molte istruzioni su questo argomento.

"Mulino a vento" fatto in casa ad asse verticale

Sulla base del rotore Savonius può essere costruito un generatore eolico abbastanza efficiente e soprattutto economico. Qui, viene considerata come un esempio una micro-centrale, la cui potenza non supera i 20 W. Tuttavia, questo dispositivo è abbastanza sufficiente, ad esempio, per fornire energia elettrica ad alcuni elettrodomestici che funzionano da una tensione di 12 volt.

Set di parti:

1. Lastra di alluminio spessore 1,5-2 mm.
2. Tubo in plastica: diametro 125 mm, lunghezza 3000 mm.
3. Tubo in alluminio: diametro 32 mm, lunghezza 500 mm.
4. Motore CC (generatore di potenziale), 30-60 V, 360-450 giri / min, ad esempio motore elettrico modello PIK8-6 / 2.5.
5. Controller di tensione.
6. Batteria.

Realizzare il rotore Savonius

Dal foglio di alluminio vengono tagliate tre "frittelle" con un diametro di 285 mm. Al centro di ciascuno sono praticati dei fori per un tubo di alluminio da 32 mm. Risulta qualcosa come i CD. Due pezzi di 150 mm di lunghezza vengono tagliati dal tubo di plastica e tagliati a metà nel senso della lunghezza. Il risultato sono quattro lame semicircolari 125x150 mm. Tutti e tre i “compact disc” in alluminio sono posti su un tubo da 32 mm e fissati ad una distanza di 320, 170, 20 mm dal punto superiore rigorosamente in orizzontale, formando due file. Le lame sono inserite tra i dischi, due pezzi per livello, e fissate strettamente l'una contro l'altra, formando una sinusoide. In questo caso, le lame del livello superiore sono spostate rispetto alle lame del livello inferiore di un angolo di 90 gradi. Il risultato è un rotore Savonius a quattro pale. Per il fissaggio degli elementi, è possibile utilizzare rivetti, viti, angoli o applicare altri metodi.

Collegamento motore e montaggio su palo

L'albero dei motori CC con i parametri di cui sopra di solito ha un diametro non superiore a 10-12 mm. Per collegare l'albero del motore al tubo della turbina eolica, una boccola in ottone del diametro interno richiesto viene pressata nella parte inferiore del tubo. Viene praticato un foro attraverso la parete del tubo e del manicotto e viene tagliata una filettatura per avvitare la vite di bloccaggio. Successivamente, il tubo della turbina eolica viene posizionato sull'albero del generatore, dopodiché la connessione viene fissata rigidamente con una vite di bloccaggio.

Il resto del tubo di plastica (2800 mm) è l'albero della turbina eolica. Il gruppo elettrogeno con la ruota Savonius è montato in cima all'albero - viene semplicemente inserito nel tubo fino all'arresto. Come battuta viene utilizzato un copri disco metallico, fissato all'estremità anteriore del motore, di diametro leggermente maggiore del diametro dell'albero. Sulla periferia del coperchio sono praticati dei fori per il fissaggio dei tiranti. Poiché il diametro dell'alloggiamento del motore elettrico è inferiore al diametro interno del tubo, vengono utilizzati distanziatori o arresti per allineare il generatore al centro. Il cavo dal generatore viene fatto passare all'interno del tubo e fuori attraverso una finestra in basso. Durante l'installazione, è necessario tenere conto del design della protezione del generatore dall'umidità, utilizzando guarnizioni di tenuta. Anche in questo caso, per proteggersi dalle precipitazioni, è possibile installare un tappo a ombrello sopra il collegamento del tubo dell'aerogeneratore con l'albero del generatore.

L'installazione dell'intera struttura viene eseguita in un'area aperta e ben ventilata. Sotto l'albero viene scavato un foro profondo 0,5 metri, la parte inferiore del tubo viene abbassata nel foro, la struttura viene livellata con smagliature, dopodiché il foro viene riempito di cemento.

Controller di tensione (caricatore semplice)

Un generatore eolico fabbricato di solito non è in grado di fornire 12 volt a causa della sua bassa velocità. La velocità di rotazione massima della turbina eolica a una velocità del vento di 6-8 m / s. raggiunge un valore di 200-250 rpm. In uscita è possibile ottenere una tensione dell'ordine di 5-7 volt. Per caricare la batteria è necessaria una tensione di 13,5-15 volt. La soluzione è utilizzare un semplice convertitore di tensione a impulsi assemblato, ad esempio, sulla base del regolatore di tensione LM2577ADJ. Applicando 5 volt di corrente continua all'ingresso del convertitore, si ottengono 12-15 volt all'uscita, il che è abbastanza per caricare la batteria di un'auto.

Convertitore di tensione pronto per LM2577

Questo micro-generatore eolico può sicuramente essere migliorato. Aumenta la potenza della turbina, cambia il materiale e l'altezza del montante, aggiungi un convertitore CC-CA, ecc.

Installazione elettrica ventosa orizzontale-assiale

Set di parti:

1. Tubo di plastica con un diametro di 150 mm, foglio di alluminio spessore 1,5-2,5 mm, blocco di legno 80x40 lungo 1 m, impianto idraulico: flangia - 3, angolo - 2, tee - 1.
2. Motore DC (generatore) 30-60 V, 300-470 rpm.
3. Ruota-puleggia per un motore con un diametro di 130-150 mm (alluminio, ottone, textolite, ecc.).
4. Tubi in acciaio con un diametro di 25 mm e 32 mm e una lunghezza di 35 mm e 3000 mm, rispettivamente.
5. Modulo di ricarica per batterie.
6. Batterie.
7. Convertitore di tensione 12 V - 120 V (220 V).

Costruzione di una "turbina eolica" ad asse orizzontale

È necessario un tubo di plastica per realizzare le pale delle turbine eoliche. Un pezzo di tale tubo, lungo 600 mm, viene tagliato longitudinalmente in quattro segmenti identici. Per un mulino a vento sono necessarie tre lame, che sono realizzate dai segmenti ottenuti tagliando parte del materiale in diagonale lungo l'intera lunghezza, ma non esattamente da un angolo all'altro, ma dall'angolo inferiore all'angolo superiore, con un leggero offset da quest'ultimo. La lavorazione della parte inferiore dei segmenti si riduce alla formazione di un petalo di fissaggio su ciascuno dei tre segmenti. Per fare ciò, un quadrato con una dimensione di circa 50x50 mm viene tagliato lungo un bordo e la parte rimanente funge da petalo di fissaggio.

Le pale dell'aerogeneratore sono fissate alla ruota-puleggia mediante collegamenti bullonati. La puleggia è montata direttamente sull'albero del motore DC - generatore. Come telaio dell'aerogeneratore viene utilizzato un semplice blocco di legno con una sezione di 80x40 mm e una lunghezza di 1 m, ad una estremità del blocco di legno viene installato il generatore. All'altra estremità della barra è montata una "coda", realizzata con un foglio di alluminio. Nella parte inferiore della barra è fissato un tubo metallico da 25 mm, progettato per svolgere il ruolo di un albero rotante. Come albero viene utilizzato un tubo metallico di tre metri da 32 mm. La parte superiore dell'albero è la boccola di rotazione in cui è inserito il tubo della turbina eolica. Il supporto dell'albero è costituito da un foglio di compensato spesso. Su questo supporto, sotto forma di un disco con un diametro di 600 mm, viene assemblata una struttura di parti idrauliche, grazie alla quale l'albero può essere facilmente sollevato o abbassato o montato - smontato. I rinforzi elastici sono utilizzati per fissare l'albero.

Tutta l'elettronica dell'aerogeneratore è montata in un modulo separato, la cui interfaccia prevede il collegamento delle batterie e del carico del consumatore. Il modulo include un controller di carica della batteria e un convertitore di tensione. Tali dispositivi possono essere assemblati indipendentemente con esperienza rilevante o acquistati sul mercato. Sul mercato sono disponibili molte soluzioni differenti per ottenere le tensioni e le correnti di uscita desiderate.

Turbine eoliche combinate

Le turbine eoliche combinate sono un'opzione seria per un modulo energetico domestico. In realtà, la combinazione prevede la combinazione di un generatore eolico, batteria solare, centrale elettrica diesel o benzina in un unico sistema. Puoi combinare in ogni modo, in base alle tue capacità e alle tue esigenze. Naturalmente, quando esiste un'opzione tre in uno, questa è la soluzione più efficace e affidabile.

Inoltre, con la combinazione di turbine eoliche, si prevede di creare centrali eoliche, che includono due diverse modifiche contemporaneamente. Ad esempio, quando il rotore Savonius e la tradizionale macchina a tre lame lavorano in un unico fascio. La prima turbina funziona a basse velocità di flusso del vento e la seconda solo a quelle nominali. Pertanto, l'efficienza dell'installazione viene preservata, vengono escluse perdite di energia ingiustificate e, nel caso di generatori asincroni, le correnti reattive vengono compensate.

I sistemi combinati sono opzioni tecnicamente complesse e costose per la pratica domestica.

Calcolo della potenza di un parco eolico domestico

Per calcolare la potenza di un generatore eolico ad asse orizzontale, puoi utilizzare la formula standard:

• N \u003d p S V3 / 2
• N - potenza di installazione, W.
• p - densità dell'aria (1,2 kg / m 3)
• S - area soffiata, m 2
• V - velocità del vento, m / s

Ad esempio, la potenza di un impianto con un'apertura massima delle pale di 1 metro, con una velocità del vento di 7 m / s, sarà:

• N \u003d 1,2 · 1 · 343/2 \u003d 205,8 W

Un calcolo approssimativo della potenza della turbina eolica, realizzato sulla base del rotore Savonius, può essere calcolato utilizzando la formula:

• N \u003d p R H V3
• N - potenza di installazione, W.
• R - raggio della girante, m
• V - velocità del vento, m / s

Ad esempio, per la progettazione di una turbina eolica con un rotore Savonius menzionato nel testo, il valore di potenza a una velocità del vento di 7 m / s. sarà:

• N \u003d 1,2 0,142 0,3 343 \u003d 17,5 W.

Realizziamo un parco eolico con le nostre mani nella nostra casa privata. Facciamo conoscenza con analoghi industriali già esistenti sul mercato e con le opere di artigiani popolari.

Nel corso del suo sviluppo, l'umanità non ha mai smesso di cercare fonti di energia rinnovabile a buon mercato che potrebbero risolvere molti problemi di approvvigionamento energetico. Una di queste fonti è l'energia eolica, per la cui conversione in energia elettrica sono stati realizzati impianti eolici (WPP) o, come spesso vengono chiamati, impianti eolici.

Chiunque, soprattutto chi ha una casa privata o di campagna, vorrebbe avere il proprio generatore eolico, che fornisce alloggi con energia elettrica economica. Un ostacolo a ciò è l'alto costo dei progetti industriali di turbine eoliche e, di conseguenza, un periodo di rimborso troppo lungo per un singolo proprietario di casa, il che rende la sua acquisizione non redditizia. Una delle vie d'uscita è creare un parco eolico con le proprie mani, il che consente non solo di ridurre i costi totali di acquisto, ma anche di distribuire questi costi per un certo periodo di tempo, poiché il lavoro viene svolto per abbastanza tanto tempo.

Per realizzare un parco eolico è necessario determinare se le condizioni meteorologiche consentono l'utilizzo dell'energia eolica come fonte permanente di energia. Dopo tutto, se il vento è raro per la tua zona, non vale la pena iniziare la costruzione di un parco eolico artigianale. Se tutto va bene con il vento, è opportuno informarsi sulle caratteristiche climatiche generali e, in particolare, sulla velocità del vento, con la sua distribuzione nel tempo. Conoscere la velocità del vento ti permetterà di scegliere e realizzare il giusto progetto di un parco eolico con le tue mani.

Visualizzazioni

Un parco eolico fai da te è classificato in base alla posizione dell'asse di rotazione e sono:

• con disposizione orizzontale;
• con disposizione verticale.

Gli impianti ad asse orizzontale sono chiamati unità a elica e sono i più diffusi per la loro elevata efficienza. Lo svantaggio di queste installazioni è il loro design più complesso, che complica le opzioni di produzione fatte in casa, la necessità di utilizzare un meccanismo per seguire la direzione del vento e la grande dipendenza del lavoro dalla velocità del vento - di regola, queste installazioni non lo fanno lavorare a basse velocità.

Gli impianti con un albero di lavoro verticale - ortogonale con un rotore Darrieus e una giostra con un rotore Savonius - sono più semplici, senza pretese e poco dipendenti dalla velocità e dalla direzione del vento. Il loro svantaggio è un'efficienza molto bassa, pari a circa il 15%.

Lo svantaggio di entrambi i tipi di centrali eoliche autocostruite è la bassa qualità dell'elettricità generata, che richiede costose opzioni per compensare questa qualità: dispositivi di stabilizzazione, batterie, convertitori elettrici. Nella sua forma pura, l'elettricità è adatta solo per l'uso in carichi domestici attivi: lampade a incandescenza e semplici dispositivi di riscaldamento. L'elettricità di questa qualità non è adatta per alimentare gli elettrodomestici.

Elementi strutturali

Strutturalmente, indipendentemente dalla posizione dell'asse, un parco eolico a tutti gli effetti fatto in casa dovrebbe essere costituito dai seguenti elementi:

• un dispositivo per orientare la turbina eolica nella direzione del vento;
• un riduttore o moltiplicatore per trasferire la rotazione da una turbina eolica a un generatore;
• generatore DC;
• caricabatterie;
• batteria ricaricabile per immagazzinare elettricità;
• un inverter per convertire DC in AC.

Caratteristiche della scelta della fonte attuale

Uno degli elementi complessi di un parco eolico è un generatore. Il più adatto per la produzione fai-da-te è un motore elettrico CC con una tensione di esercizio di 60-100 volt. Questa opzione non richiede modifiche ed è in grado di funzionare con apparecchiature per la ricarica della batteria di un'auto.

L'uso di una sorgente di tensione per automobile è complicato dal fatto che la sua velocità di rotazione nominale è di circa 1800-2500 giri / min e nessun modello di turbina eolica può fornire una tale velocità di rotazione con collegamento diretto. In questo caso l'installazione deve prevedere un riduttore o moltiplicatore di design idoneo per aumentare la velocità nelle dimensioni richieste. Molto probabilmente, questo parametro dovrà essere selezionato sperimentalmente.

Un motore a induzione ricostruito utilizzando magneti al neodimio può essere un'opzione possibile, ma questo metodo richiede calcoli complessi e lavori di tornitura, che spesso non accettano lavori fatti in casa. Esiste un'opzione con collegamento fase-fase agli avvolgimenti del motore dei condensatori, la cui capacità viene calcolata in base alla sua potenza.

Produzione

Considerando che l'efficienza di una centrale ad asse orizzontale ha i migliori indicatori di efficienza, e si suppone che la fornitura ininterrotta di energia elettrica sia assicurata accumulando energia in una batteria, è preferibile realizzarla a mano per questo tipo di turbina , che prenderemo in considerazione in questo articolo.

Per realizzare una tale centrale elettrica con le tue mani, avrai bisogno del seguente strumento:

• saldatrice ad arco;
• set di chiavi;
• un set di trapani per metallo;
• trapano elettrico;
• seghetto per smerigliatrice metallica o angolare con disco da taglio;
• bulloni diametro 6 mm con dadi per fissare le lame alla puleggia e il foglio di alluminio al tubo quadrato.

Per realizzare un parco eolico con le tue mani, avrai bisogno dei seguenti materiali:

• tubo di plastica 150 mm lungo 600 mm;
• foglio di alluminio di dimensioni 300x300 mm e spessore 2,0-2,5 mm;
• tubo quadrato in metallo 80x40 mm e lungo 1,0 m;
• tubo con un diametro di 25 mm e una lunghezza di 300 mm;
• tubo con un diametro di 32 mm e una lunghezza di 4000-6000 mm;
• filo di rame, abbastanza lungo per collegare il motore elettrico, che si trova su un palo di 6 m, e il carico che questa fonte di alimentazione fornirà;
• motore DC 500 rpm;
• una puleggia per un motore con un diametro di 120-150 mm;
• batteria ricaricabile 12 volt;
• relè caricabatteria per auto;
• inverter 12/220 volt.

Il processo di fabbricazione fai da te viene eseguito nel seguente ordine:

Inoltre, durante il funzionamento dell'installazione, potrebbe essere necessario modificare le dimensioni e la configurazione delle pale, il rapporto di trasmissione tra la turbina eolica e il generatore - ogni turbina eolica realizzata a mano è individuale a causa dell'uso di vari componenti e condizioni di generazione del vento. Inizialmente, si consiglia di produrre un impianto eolico con una capacità ridotta, su cui è possibile elaborare le informazioni ricevute senza investire una grande quantità di fondi.

Le reti elettriche locali non sono sempre in grado di fornire completamente l'elettricità alle case, soprattutto quando si tratta di case di campagna e ville. Le interruzioni nella fornitura di energia costante, o la sua completa assenza, inducono a cercare elettricità. Uno di questi è l'uso - un dispositivo in grado di convertire e immagazzinare elettricità, utilizzando per questo le risorse più insolite (energia, flusso e riflusso). Il suo principio di funzionamento è abbastanza semplice, il che rende possibile realizzare un generatore elettrico con le proprie mani. Forse un modello fatto in casa non sarà in grado di competere con un analogo assemblato in fabbrica, ma questo è un ottimo modo per risparmiare più di 10.000 rubli. Se consideriamo un generatore elettrico fatto in casa come una fonte alternativa temporanea di alimentazione, è del tutto possibile farlo con prodotti fatti in casa.