Udělej si sám nízkootáčkový generátor pro větrný mlýn

Skutečná větrná turbína je příliš drahá, pokud se plánuje použití pro jednoduché domácí úkoly, které nevyžadují vysoký výkon. Pokud stačí jen trochu energie pro LED osvětlení nebo projekt založený na Raspberry Pi Zero, je to nějak neúměrné poměrně vážným penězům, které by musel zaplatit i malý větrný mlýn. Totéž platí pro školní experimenty, jejichž čas a peníze vynaložené na organizaci se obvykle snaží minimalizovat. Školám často chybí finance.

V tomto článku budeme hovořit o tom, jak vytvořit vlastní malou větrnou turbínu. Vyrobíme ho z dílů jízdních kol a z toho, co koupíte v železářství. Náklady na projekt se pohybují někde v oblasti 80-150 $. Vytvoření generátoru bude trvat 8-16 hodin. Při větru, který je o něco silnější než “lehký vítr” na Beaufortově stupnici, je náš generátor schopen produkovat asi 1 watt energie. To stačí na nabití malé baterie, což znamená, že budeme mít energii i v bezvětří.

Domácí větrný generátor

Zde popsaná malá větrná turbína je ve skutečnosti experimentálním projektem, v jehož průběhu se můžete naučit základy větrné energie. Tuto turbínu nelze nazvat absolutně spolehlivým zdrojem energie. Nečekejte od ní zázraky! Mějte také na paměti, že silný vítr je pro naši turbínu nebezpečný. Tento stroj není určen pro normální provoz v tomto větru. S největší pravděpodobností ho zničí. Proto by měla být turbína za špatného počasí odstraněna. Zejména je třeba počítat s tím, že jeho úlomky unášené větrem mohou někoho zranit.

Na rozdíl od typických komerčních turbín s horizontální osou se třemi lopatkami namontovanými na horizontální hřídeli, náš projekt používá vertikální hřídel rotoru. To eliminuje potřebu mechanismu, který bere v úvahu směr větru, a značně zjednodušuje konstrukci turbíny. Náš generátor je v podstatě kolo jízdního kola namontované na vertikálním stojanu, který je připojen k elektrickému generátoru. Listy rotoru používají osm “polotrubek” vyříznutých z levných plastových (PVC) kanalizačních trubek a připojených k ráfku kola.

Turbína se začne otáčet, když vítr dosáhne síly přibližně 2 bodů (asi 6 km/h) na Beaufortově stupnici (viz tabulka níže). Pokud rychlost větru dosáhne 5 na Beaufortově stupnici (asi 30 km/h), poskytuje turbína výkon asi 1 watt (podle našich měření – 147 mAh při 6,7 V).

READ
Stavba srubu - technologie stavby

Beaufortova stupnice (na základě materiálů Wikipedia)

Beaufortovy body Slovní definice síly větru Průměrná rychlost větru
m / s km / h uzly
Uklidnit 0-0,2 0-1
1 Ticho 0,3-1,5 2-5 1-3
2 Světlo 1,6-3,3 6-11 4-6
3 Slabé 3,4-5,4 12-19 7-10
4 Mírný 5,5-7,9 23-28 11-16
5 Čerstvé 8,0-10,7 29-38 17-21
6 Silný 10,8-13,8 39-49 22-27
7 Silný 13,9-17,1 50-61 28-33
8 Velmi silný 17,2-20,7 62-74 34-40
9 Bouře 20,8-24,4 75-88 41-47
10 Silná bouře 24,5-28,4 89-102 48-55
11 Prudká bouře 28,5-32,6 103-117 56-63
12 Hurikán 33 a další 118 a další 64 a další

Dnes používaná stupnice síly větru (rychlosti) byla vyvinuta v 18. století britským námořníkem Sirem Francisem Beaufortem (1774 – 1857). Ale nemůže být nazýván prvním, kdo se snažil vytvořit takové měřítko. Beaufortově stupnici předcházely další práce, zejména charakterizující sílu větru jeho působením na lopatky větrných mlýnů (inženýr John Smeaton, 1759). Britský geograf a hydrograf Alexander Dalrymple (1737-1808) pracoval stejným směrem. Ještě dřívější stupnice síly větru vytvořili astronom Tycho Brahe (1582), přírodovědec Robert Hooke (1663) a Daniel Defoe (1704), obchodník, rebel, špión a autor Robinsona Crusoe. V roce 1829 byl Francis Beaufort jmenován hydrografem britské admirality a předal svou stupnici každému, kdo by ji mohl potřebovat. Od té doby se Beaufortova stupnice stala standardním přístrojem pro měření síly větru.

Materiály a nástroje

  • 28″ přední kolo jízdního kola a elektrický generátor. Koupil jsem nový generátor na eBay za 40 EUR, ale použité generátory jsou v Evropě běžné. V USA ho najdete na eBay nebo si můžete koupit levné nábojové dynamo Shimano a nainstalovat ho do starého kola.
  • 2 4palcové PVC trubky (jmenovitý průměr trubky – 110 mm) dlouhé 2 metry. Použil jsem tenkostěnné trubky, ale to, co přesně to bude, nehraje zvláštní roli.
  • 16 upevňovacích šroubů s maticemi a velkými podložkami. Délka a průměr šroubů závisí na vlastnostech ráfku kola.
  • 1 1/2″ pozinkovaná ocelová vodovodní trubka se závity na obou koncích. Jeho délka (výška stožáru větrného mlýna) se volí nezávisle a závisí na podmínkách, ve kterých bude muset generátor pracovat.
  • Ocelová potrubní armatura pro 1 1/2″ vodní potrubí. Koncovka (je nezbytně nutná) a odpaliště (volitelné).
  • buck-boost DC-DC měnič, jako je Mesa #DSN6009 4A. Doporučuji 30W měnič.
  • 2 elektrolytické kondenzátory, 2200uF, alespoň 12V.
  • Můstkový usměrňovač. Minimum je 500 mA.
  • Dioda 1N4007.
  • Tepelně smrštitelná hadička nebo elektrická páska.
  • Drátěná lana a smyčkové šrouby (volitelné). To vše může být potřeba k upevnění stožáru.
  • Pytel cementu (volitelně). Může být potřeba k montáži stožáru.
  • Pilka nebo přímočará pila pro řezání tenkých PVC trubek.
  • Vrtačka s vrtáky do plastu a kovu.
  • Šroubovák a/nebo klíč a sada bitů vhodných pro použité šrouby, matice, šrouby.
  • Páječka a pájka.

Výroba větrného generátoru z kola jízdního kola

Začněme pracovat na větrném generátoru. Použijeme stožár z ocelové vodovodní trubky, případně kotvený do země betonem. Při rozhodování o výšce stožáru a způsobu jeho připevnění se vyplatí konzultovat místní zákony. V závislosti na provozních podmínkách generátoru může být nutné zajistit stožár kotevními lanky.

▍1. Řezání lopatek turbíny

Použili jsme tenkostěnné kanalizační trubky z PVC (obr. A). V Německu, kde žiji, jsou tyto dýmky natřeny oranžově, v Severní Americe jsou tyto dýmky obvykle bílé.

Z jedné 4m trubky můžeme pomocí pily vyříznout 8 kotouče (obr. B). Potřebujeme XNUMX čepelí. Pokuste se odříznout trubky přesně uprostřed. V ideálním případě by všechny čepele měly mít stejnou hmotnost.

▍2. Připevnění nožů ke generátoru

Jako generátor používáme kolo (ráfek) jízdního kola s připojeným generátorem (obr. C). Kola s hliníkovými ráfky fungují nejlépe, protože se snáze vrtají. Pokud jste vzali kolo ze starého kola, nezapomeňte z něj sundat plášť, duši a brzdové kotouče.

Připevněte nože ke kolu, jak je znázorněno na obr. D pomocí 2 šroubů, matic a velkých podložek. Čepele by měly být rovnoměrně rozmístěny kolem ráfku (snad vám v tom pomůže spočítání počtu paprsků mezi lopatkami) a zarovnány do středu ráfku.

▍3. Montáž stožáru

Stožár vyrobíme z ocelové pozinkované vodovodní trubky se závity na obou koncích. Vyvrtejte 9mm otvor do koncovky (obr. E) a přišroubujte kolo ke koncovce, protáhněte závitovou osu alternátoru tímto otvorem (obr. F níže). Poté, co je stožár bezpečně upevněn (!), můžete k němu přišroubovat uzávěr.

Ve věci spolehlivé instalace stožáru může být užitečné T-kus přišroubovaný k té části trubky, která bude upevněna v zemi a vyplněna betonem. Odpaliště vám umožní bezpečně upevnit stožár do betonu. V tomto případě musí být hmotnost betonu dostatečně velká, aby podpírala a fixovala stožár. Celá konstrukce musí být bezpečně upevněna. Výsledkem je, že pokud se očekává bouřka, můžete jednoduše odšroubovat spodní část stožáru z betonové základny a přemístit turbínu na bezpečné místo.

Nepodceňujte sílu, kterou vítr ovlivňuje okolní předměty. Tato síla se zvyšuje úměrně krychlině (třetí mocnině) rychlosti větru! Proto je-li to nutné, upevněte stožár kotevními dráty.

▍4. Montáž elektronických součástek

Naše větrná farma je navržena tak, aby nabíjela olověný akumulátor proudem generovaným dynamem. Elektrocentrála, kterou používáme, generuje střídavý proud, který pomocí můstkového usměrňovače převádíme na pulzní stejnosměrný proud. Tento proud je pro jeho vyhlazení přenášen na dva elektrolytické kondenzátory o kapacitě 2200 mikrofaradů.

Vyhlazený stejnosměrný proud je pak přiváděn do konvertoru buck-boost (asi 10 $ na eBay), který funguje jako regulátor nabíjení baterie. Převádí vstupní napětí v rozsahu od 1,25 V do 30 V na specifikované stejnosměrné napětí. Nastavíme výstup převodníku na 0,7 voltu nad konečným nabíjecím napětím baterie (pro kompenzaci propustného napětí diody). Dioda 1N4007 je potřeba, aby se zabránilo zpětnému toku proudu z baterie do převodníku.

Například olověná baterie 6 V má nabíjecí napětí 7,2 V. Vzhledem k nutnosti přidat propustné napětí diody 0,7 V by měl být převodník nastaven na výstup 7,9 V.

K výstupům baterie bude připojena elektrická zátěž (může to být jakákoliv, např. LED). Mějte na paměti, že tato zátěž musí podporovat výstupní napětí nastavené na převodníku. Samotný alternátor může být schopen dodávat pouze malý proud, zatímco baterie může být schopna dodávat několik ampérů. Následky zkratu mohou být velmi smutné (může dojít k požáru). Abyste předešli nehodám, bez ohledu na to, co k větrné turbíně připojíte, musíte přijmout vhodná bezpečnostní opatření.

Výstraha před bouřkou!

Po sestavení elektronických součástek generátoru je vše připraveno k přeměně větrné energie na elektřinu! Nyní se vám odkrývají možnosti majitele větrného generátoru.

Náš generátor je však jen experimentální zařízení, nenákladná praktická ukázka principů větrných elektráren, které lze využít například ve školách. Tato turbína není navržena pro provoz v silném větru. Když se turbína nepoužívá, nebo pokud síla větru přesáhne 6 na Beaufortově stupnici, je třeba celou konstrukci rozebrat a někam schovat.

Kolo a trubkové nože nejsou určeny pro nepřetržité používání, zejména při silném větru. Pokud chcete, aby větrný generátor fungoval nepřetržitě, můžete konstrukci vyztužit sami. (Pravda, musím říct, že můj návrh se ukázal být pevnější, než jsem čekal. Nechal jsem ho na zahradě a fungovalo to tam za každého počasí – dokud jeden z kotevních drátů selhal. Pak se stožár zhroutil a jedna z lopatek se zlomila turbíny.)

Pokud vás téma větrných turbín zajímá, můžete se podívat na tento materiál a podívat se na toto video. Podívejte se na tuto stránku věnovanou generátoru Chispito. Zde a zde je několik dalších užitečných zdrojů.

Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: