Обзор походного ветряка

Сначала немного о том, для чего создавался такой слабенький ветрогенератор. Цель – обеспечить себя небольшим количеством энергии в автономных условиях для освещения, зарядки и питания портативной электроники (фонари, телефон, радио, и др.).

Высчитав суточные потребности в электроэнергии в данных условиях (35-60ватт в сутки), я начал искать девайс, который бы смог стабильно давать эту энергию. Перебрав множество простых и доступных вариантов я остановился на самом простом и надёжном варианте, это ветрогенератор.

Изначально рассматривалось множество вариантов, таких как солнечные панели, динамо зарядки китайские и не очень, химические источники тока, бензогенераторы. Но все они “отпали” из-за неэффективности или надёжности и потребности в топливе, и остался ветрогенератор, так как ветер есть почти всегда и штиль бывает всего 10-20 дней в году, в отличие от наличия солнечных дней.

Далее я начал задумываться где взять или сделать мини ветрогенератор, чтобы он весил немного, и его можно было взять с собой, так как такие маленькие ветряки не выпускают, я его собрал сам из доступных на тот момент деталей. Самое главное было, это какой генератор применить для ветряка, и я остановился на велосипедной динамо втулке, так как она меня устраивала по мощности и её не надо было переделывать как электродвигатели, а использовать так как есть.

Вес ветрогенератора получился 3,8кг., но после переделки упадёт до 3 кг., также к нему добавится буферный аккумулятор (6v 7-12А/ч), и конечный вес всей ВЭС составит 5-6 кг. Эта ВЭС будет вырабатывать 30-60 ватт в сутки, а при хорошем ветре до 100 ватт в сутки, что обеспечит мои суточные расходы электроэнергии, а когда не будет ветра я буду пользоваться энергией накопленной в буферном аккумуляторе. Принцип работы – ветрогенератор заряжает аккумулятор, а от аккумулятора питаются и заряжаются все девайсы.

Теперь подробнее о конструкции и испытании портативного ветрогенератора

Сделав ряд испытаний походного ветряка я пришёл к определённым выводам, и в дальнейшем по возможности я переделаю ветряк в соответствии с наиболее высокой эффективностью и надёжностью конструкции. В первом испытании ветрогенератор показал наилучшие результаты, так как хорошо работал от небольшого ветерка 1-3м/с, с порывами до 5м/с.

Единственная неудачная часть ветряка это его хвост, он состоит из двух половинок оцинкованной жести и сильно играет на ветру при этом издавая шум, который очень нежелателен. Сами лопасти получились несмотря на свои немаленькие размеры (80см-д, 12см-ср.ш.) идеально подходящими для такого ветряка, так как работают при практически нулевом ветре и страгиваются при ветре 1-2м/с, и стабильно крутят генератор при малом ветре.

Во время первого теста ветрогенератор вообще ни разу не останавливался, что говорит о том что эти лопасти максимально эффективны и ветряк будет работать круглые сутки. Да, конечно при сильном ветре на ветряк будет действовать большая нагрузка, но все узлы ветряка сделаны с запасом прочности и легко выдерживают сильный ветер.

На втором тесте ветряка был сильный ветер 8-12м/с. с сильными порывами, и ветрогенератор легко с ним справлялся, в принципе ветряк выдержит ветер и более 18м/с, но лучше при таких сильных ветрах опускать ветряк, так как генератор будет давать большой ток и его катушка будет греться и возможно может перегореть, и тогда с ветряком можно попрощаться. А также возможно ветер погнёт лопасти или сдует ветряк.

Лопасти ветряка на втором тесте также хорошо работали и при сильном ветре, и не раскручивали генератор до больших оборотов, максимальные обороты были около 300-350об/м. К примеру узкие лопасти при таком ветре раскручивали бы такой маленький ветряк до 500-700об/м., для других ветрогенераторов это хорошо, но динамо втулка это тихоходный генератор и повышенная чистота вращения приводит к нагреву генератора из-за усиления магнитных полей и частоты колебаний импульсов тока.

В общем такие лопасти как раз оптимальные для этого ветряка, так как стартуют при небольшом ветерке и не раскручивают ветряк до запредельных оборотов.

При последующих тестах я использовал лопасти из трубы ПВХ (канализационная труба), труба распилена на четыре части, и применены з получившиеся части, три лопасти длинной 75см. А так-же обрезал на 20 см лопасти с первого теста, они получились по 60см.

Походный ветрогенератор своими руками, заключительная часть

Сначала были испытаны лопасти из трубы, они показали неплохие результаты на ветре 5-7м/с, но они очень плохо стартуют, и сильно раскручивают ветрогенератор на порывах ветра. При этом генератор даёт сильное напряжение до 25 вольт, что не очень хорошо для питания и зарядки электроники напрямую. Сила тока из-за особенностей данного генератора не поднимается выше 500мА.

Далее я установил три обрезанных лопасти, которые применял при первом тесте, они неплохо крутятся при ветре 4-7м/с, и стали набирать больше оборотов, чем когда  были не обрезаны, также они стали намного хуже стартовать и стали периодически останавливаться когда ветер стихал до 2-3м/с.

Хотя они работали лучше чем лопасти узкие из трубы, но намного хуже чем когда были необрезанными. Казалось бы, такие широкие лопасти длинной 80см. обрезаны всего на 20см, вроде должны почти также работать, но такое ощущение что они стали в 2 раза меньше, хотя по площади они уменьшились на 25%, всё это из-за того, что уменьшился “рычаг” – длинна лопасти и давление ветра на неё в верхней части, а как известно чем длиннее рычаг тем легче что-то двигать.

Узкие лопасти из трубы по площади в два раза меньше чем широкие лопасти из жести необрезанные на 20см. и поэтому почти не работают на слабом ветру, а только на среднем и сильном ветре (ветер: слабый 1-3м/с, средний 4-7м/с, сильный 8-12м/с).

обрезанные широкие лопасти

лопасти из трубы

Далее я сделаю точно такие-же лопасти как в первом тесте из алюминия. Из пластика и труб ПВХ делать не хочу, так как они не слишком надёжны и их можно сломать, что в походных условиях равносильно “смерти” ветрогенератора. Лучше всё сделать из металла и с некоторым запасом прочности и надёжности. В первом тесте лопасти, хвост сделаны из оцинкованной жести, они сильно увеличивают вес ветряка (3,8кг.), поэтому надо для уменьшения веса применить все части ветряка из алюминия.

В последующих испытаниях, при применении пластмассовых частей вес ветряка заметно упал, при применении лопастей из ПВХ и вместо хвостовой алюминиевой балки трубку из ПВХ, и всего одной жестяной половинки хвоста вес ветряка составил 2,3кг, если бы и хвост был из пластмассы, то вес бы укладывался в 2кг.

Также можно уменьшить вес и других частей, поворотной оси и крепления, на которое прикручиваются все детали ветрогенератора (основа), в этом случае вес ветрогенератора можно сократить до 1,5 кг., но это значительно отразится на надёжности и эффективности ветрогенератора, а это большой минус, лучше пусть будет большой вес, но надёжность и эффективность, чем лёгенькая, хрупкая и бесполезная вещь.

Конечно при наличие возможностей можно сделать и заказать изготовление отдельных частей ветрогенератора с учётом минимального веса и надёжности, но это наверно неоправданно, так как например если лопасти сделать из стеклопластика, то они будут прочные и супер лёгкие, но если их всё-таки сломать, то они не ремонтопригодны в походных условиях, а металл лишь погнётся что легко выпрямляется, тоже самое и о других частях. Самое главное в полевых условиях это надёжность и ремонтопригодность.

Записал видео испытания походного ветрогенератора. Самодельный походный ветрогенератор, складной, разборный. Легко монтируется и демонтируется. Установка занимает 15 минут. Мощность 3 ватта -номинальная, но может дохдить до 10-ти ватт.

О деталях и узлах мини ветрогенератора

Если вы будете делать подобный ветрогенератор с генератором из динамо втулки, то опишу подробнее детали ветряка.

Первое это лопасти,для ветряка нужно нужно 3 лопасти, можно изготовить из листа жести или алюминиевого листа, оптимальные размеры: длинна 80 см, средняя ширина 12см., перекос ширины 10см на 15см, широкой частью лопасти прикручивать к генератору, для жёсткости можно завернуть краешек лопасти, и просверлить отверстия под болтики.

Второе – диск для крепления лопастей, внутренний диаметр исходя из модели динамо втулки, внешний диаметр – диск равносторонний треугольник, стороны по 18см. Диск можно изготовить и круглый, если под большее количество лопастей. Я изготовил из фанеры, в принципе надёжно, но желательно из металла, алюминия чтобы полегче.

Третье это уголок, на который прикручиваются все части ветрогенератора, я ипользовал мощный уголок для крепления деревянных брусков. Также можно вместо этого уголка использовать алюминиевый профиль или уголок, только не маленький, а длинной 70см, чтобы использовать его как балку, на которую и прикручивать все части ветряка.

Четвёртое – поворотная ось, я сделал из велосипедной передней втулки и на ней собрал щёточный узел, чтобы провод от генератора не перекручивался. В принципе ось хорошо подходит, только сложности при изготовлении вызывает щёточный узел, но если не хотите его делать, то вам нужна полая ось, чтобы провод пропустить через неё.

Пятое это хвост ветряка, хвост также лучше сделать из алюминия, а у меня из оцинкованной жести, жесть тяжёлая и сильно “играет” на ветру. Хвост состоит из двух половинок, чтобы помещаться в сумки и рюкзаки, но из-за этого он слабый и гремит, чтобы не гремел, его надо усилить поперечной жёсткой пластинкой, которую прикручивать вместе с половинками на болтики. Размеры 35см. на 65см. поделённые на две половинки.

О суточном расходе электроэнергии

Для освещения я буду использовать светодиоды, энергопотребление – основной на 5 ватт/ч, и светильник 1 ватт/ч. Первый будет светить в среднем по 4 часа в сутки, и второй примерно также, это в сумме от 20 до 30 ватт энергии на освещение. Радио, его потребление 0,3-0,5 ватт/ч, работать будет часов 5, это 2 ватта в сутки.

Зарядка мобильного телефона – не каждый день, на зарядку 5 ватт. Зарядка двух фонарей – не каждый день 10 ватт. Для накопления энергии будет использоваться аккумулятор на 6 вольт 7-12 А/ч. При зарядке и питании и зарядке девайсов я не буду применять ни стабилизаторов ни другой дополнительной электроники, так как светодиоды будут питаться от напряжения 6-7 вольт, радио тоже от 6 вольт, и телефон тоже будет заряжаться от 6 вольт.

А зарядку буферного аккумулятора напрямую через диодный мост от ветряка без контроллера, так как среднее напряжение вырабатываемое ветряком 8-11 вольт, и ток до 500мА, таким слабым током никак не испортить такой большой аккумулятор на 7-12А/ч, и параметры тока для зарядки от ветрогенератора в пределах нормы.

По поводу надёжности всей ветроустановки. Срок эксплуатации ветрогенератора ограничивается только естественным старением. С годами могут окислица и сгнить щётки поворотной оси, но это не за пару лет, а гораздо больше, так-же внешняя проводка из-за влажности может сгнить, изоляция провода высохнуть и потрескаться.

Подшипники генератора практически вечны, так как рассчитаны на велосипедные нагрузки, а здесь только нагрузка ветра. Также срок эксплуатации аккумулятора около 5 лет. Значит как минимум на 5 лет проблем с электро обеспечением не будет, а если купить хороший аккумулятор то и более 10-ти лет можно ни о чём не беспокоится, но конечно случайности не в счёт, ведь может и мачту с ветряком сдуть и его части поломаются, и аккумулятор можно перемкнуть и его клеммы сплавятся и др.

На этом в вопросе электро обеспечения поставлена точка. Вопросы и предложения вы можете оставить на стене и на форуме.

Источник