Větrný generátor z automobilového alternátoru svépomocí: technologie montáže větrné turbíny a rozbor chyb

Větrné turbíny – slibná alternativa k tradiční energetice. Větrná energie přeměněná na elektřinu slibuje, že bude levná, snadno získatelná a nízkonákladová. A pokud vezmeme v úvahu účty za elektřinu, které nyní přicházejí, stojí za to pokusit se z úsporných důvodů sestavit vlastní větrný generátor, souhlasíte?

Existují reálné příklady zařízení, která generují značné množství energie. Nicméně možnosti větrných turbín zatím výrazně předčí konkurenty, kteří mohou konkurovat tradičnímu způsobu výroby elektřiny.

Předkládáme návod, podle kterého si můžete svépomocí sestavit větrný generátor z automobilového alternátoru. V článku, který vám předkládáme k seznámení, jsou podrobně rozebrány časté chyby, kterých se lidé při konstrukci větrných turbín dopouštějí. Pro názornost je článek doprovázen tematickými fotografiemi a videomateriály.

O domácích větrných turbínách

Zvláštní zájem o větrnou energii se projevuje na úrovni domácí sféry. Je to pochopitelné, když letmo pohlédnete na další účet za spotřebovanou energii. Proto se různí kutilové aktivizují a využívají všech možností, jak získat elektřinu levně.

Jedna z takových možností, zcela reálná, úzce souvisí s větrnou turbínou z automobilového alternátoru. Již hotové zařízení – automobilový alternátor – stačí pouze vybavit správně vyrobenými lopatkami, aby bylo možné z jeho svorek odebírat určitou hodnotu elektrické energie.

Pravda, účinně bude fungovat pouze za podmínky větrného počasí.

Příklad z praxe domácího použití větrných generátorů. Dobře navržená a plně účinná praktická konstrukce větrné turbíny. Je instalován třílistý rotor, což je u domácích zařízení vzácnost.

Použití prakticky jakéhokoli automobilového alternátoru je pro konstrukci větrné turbíny přijatelné. Obvykle se však snaží vybrat výkonný model schopný dodávat velké proudy. Zde jsou na vrcholu popularity konstrukce alternátorů z nákladních automobilů, velkých autobusů, traktorů a podobně.

Kromě alternátoru bude pro výrobu větrné turbíny zapotřebí ještě řada dalších součástí:

• dvou- nebo třílistý rotor;
• automobilový akumulátor;
• elektrický kabel;
• stožár, prvky podpory, upevnění.

Konstrukce rotoru se dvěma nebo třemi lopatkami je považována za nejoptimálnější pro klasický větrný generátor. Ale domácí projekt je často vzdálen inženýrské klasice. Proto se u domácí konstrukce nejčastěji snaží sehnat již hotové rotory.

Ventilátor z osobního automobilu, který bude použit jako rotor domácí větrné instalace. Lehkost a velká užitečná plocha pro vzdušnou sílu umožňují používat tyto varianty.

Takovým se může stát například ventilátor z venkovní jednotky split-systému klimatizace nebo ventilátor téhož automobilu. Ale pokud je touha následovat tradice konstrukce větrných generátorů, bude nutné postavit vrtuli větrné turbíny od začátku do konce vlastníma rukama.

Před rozhodnutím o montáži a instalaci větrného generátoru stojí za to zhodnotit klimatické údaje pozemku a vypočítat návratnost. Významnou pomoc v tomto ohledu poskytne informace z velmi zajímavého článku, který doporučujeme k přečtení.

Technologie montáže větrného generátoru

Optimálním základem pro generátor domácí větrné turbíny se jeví model AT-700 z traktoru řady DT. Tento traktorový alternátor je však ve svém původním provedení navržen pro otáčky rotoru až 6000 ot./min. Pro konstrukci domácí větrné turbíny je tento parametr zjevně nadměrný.

Existují dvě možnosti řešení:

1. Použít nějaký převodový multiplikátor, který poskytne požadovaný převodový poměr.
2. Převinout stávající vinutí statoru AT-700 pro nízké otáčky.

V zásadě jsou obě varianty modernizace zařízení dosažitelné. Ale soudě podle recenzí zkušených konstruktérů je varianta s převinutím vinutí statoru přijatelnější. Tím spíše, vezmeme-li v úvahu hmotnost samotného generátoru AT-700, která dosahuje 6 kg.

Traktorový generátor AT-700. Četné projekty v domácí sféře byly vyvinuty právě na základě tohoto zařízení s vysokým výstupním proudem. Je však nutná malá modernizace.

Pokud zařízení doplníme převodovkou, hmotnost celého modulu se zdvojnásobí. A to je důležitý parametr pro konstrukci větrné turbíny. Hmotnost se vždy snažíme snižovat.

Při použití generátoru K 701 v konstrukci větrné turbíny bude nutná určitá modernizace:

Krok 1: Vrtule větrné elektrárny

Materiálem pro výrobu listů vrtule je zalévaná hliníková trubka (d = 200 mm) délky 0,7 – 1,0 m. Nejprve se podélně rozřízne na čtyři segmenty, a poté se ze dvou nebo tří získaných částí vyříznou listy požadovaného tvaru.

Jelikož hliník je materiál dobře přístupný opracování, vyříznout z kusu trubky potřebný tvar listu není problém. Hlavní je správně spočítat a nakreslit šablonu.

Vyrobené listy budoucí vrtule je nutné nějak spojit a nasadit na hřídel generátoru. Tato práce je složitější, vyžaduje přesné vyvážení, zejména u třílisté konstrukce. Existuje mnoho variant výroby disku vrtule. Jednou z nich je vytvoření tohoto dílu z hliníkových desek.

Bude nutné vypočítat průměr disku vrtule s ohledem na metrovou délku lopatek. Pro rozpětí křídla 2 metry může být vypočítaný průměr disku 150-200 mm. Na základě vypočítaného průměru se z hliníkového plechu vyřízne potřebný počet kruhových desek (6-7 ks).

Příklad výroby vrtule větrného generátoru z dvousetmilimetrové hliníkové trubky, používané na zemědělských polích k zavlažování plodin. Výsledkem je lehká a účinná konstrukce.

Vystřižené kruhové desky se na sebe přikládají, zarovnají se podle okrajů a spojí. Ke spojení je nejlepší použít kvalitní epoxidové lepidlo. Nevylučují se však ani jiné způsoby upevnění.

Na hotovém slepeném disku je nutné ve středovém bodě označit a vyvrtat otvor pro upevnění na hřídeli generátoru. Otvor upravit perovou drážkou podle velikosti pera instalovaného na hřídeli rotoru generátoru.

Takto připravený vrtulový disk se označuje pro upevnění lopatek. Podél vyznačených čar se vrtají otvory pro šrouby držáků. Tyto díly jsou také vyrobeny z hliníku s tloušťkou dostatečnou pro kompenzaci přenášených sil.

Zbývá přiložit dříve vyrobené lopatky k disku v označených bodech připojení, vyvážit je na rovném povrchu a upevnit šrouby.

Krok 2: Výroba stožáru z trubky

Traktorový generátor AT-700, vybavený vlastnoručně vyrobenou vrtulí, již představuje skutečný větrník. Pro dosažení maximálního účinku konstrukce je vhodné jej zvednout o 5-7 metrů a navíc zajistit kruhový pohyb o 360°.

Proto se korouhvička-větrník umístí na stožár, který nejsnáze vyrobíte z kovové trubky.

Instalovaný stožár z kovové trubky o průměru 50 mm s větrným generátorem nahoře. Pro zajištění stability stožáru se používají lana z ocelového lana.

Stožár o výšce 5-7 metrů, vybavený nahoře větrným generátorem, bude vystaven značnému zatížení. Proto je třeba průměr kovové trubky dostatečně velký – nejméně 50 mm vnějšího průměru.

Upevnění stožáru je provedeno pomocí čtyř lanových vzpěr, upevněných nahoře blíže k větrníku a napnutých proti sobě.

Pod horní okraj stožárové trubky se do vnitřní oblasti zalisuje dvojice vhodných ložisek nebo se upevní jiným způsobem. To bude opěrný otočný blok, do kterého se zasune korouhvička s generátorem a vrtulí. Zbývá vyrobit samotnou korouhvičku a nainstalovat na ni veškeré potřebné vybavení.

Krok 3: Jak vyrobit hliníkovou korouhvičku

Korouhvičkovou konstrukci, na jejímž jednom konci je místo pro automobilový generátor s vrtulí a na druhém – místo pro «ocas», se doporučuje vyrobit z lehkého pevného materiálu.

Například hliníková trubka obdélníkového profilu by se na základnu hodila naprosto ideálně. Jako uchycení generátoru k profilové trubce je vhodnější použít objímky z měkkého kovového pásku (nejlépe nerezového).

Příklad možného upevnění těla generátoru na profilové trubce směrovky. Zde je použita kovová konstrukce s předním a zadním držákem pro šroubové spojení.

Ocas směrovky lze vyrobit ze stejného hliníkového plechu a připevnit jej k profilové trubce pomocí úhelníků. V těžišti, na profilové trubce, je třeba upevnit kovový čep z nerezové oceli.

Tato součást je ve formě dlouhého šroubu (250-300 mm), o průměru asi 30 mm (vypočítá se), prochází napříč tělem profilové hliníkové trubky a zajišťuje se zespodu maticí. Na matici se nasadí pojistná matice.

Průměr závitu šroubu musí být o něco menší než vnitřní průměr kroužků ložisek zalisovaných v trubce stožáru. Ve středu šroubu, podél jeho osy, se vyvrtá otvor 7-10 mm. Tímto otvorem bude procházet elektrický kabel od generátoru a trubkou klesat dolů k místu připojení.

Krok 4: Instalace a zapojení větrného generátoru

Po všech popsaných přípravách (nutně za bezvětrného počasí) se přistoupí k instalaci:

1. Na základnu směrovky se objímkami upevní traktorový generátor.
2. Zvednou stožár od země o 1,5 – 2 metry a nasadí směrovku pomocí opěrného šroubu na ložiska.
3. Současně se kabel od generátoru protáhne tělem šroubu a dále uvnitř trubky až k dolnímu výstupnímu bodu.
4. Také těsně pod základnou směrovky se pevně nainstaluje omezovač, který umožňuje otáčení směrovky o 360° jedním nebo druhým směrem, ale ne více.
5. Stožár se definitivně zvedne a zpevní se lankovými kotvami.
6. Připojí se konce kabelu k přijímacímu zařízení (obvykle přes regulátor k akumulátorové baterii).

Tím lze konstrukci větrného generátoru považovat za dokončenou. Existuje však ještě řada jednotlivých detailů procesu, se kterými se při používání zařízení setkáte.

Strukturální schéma kompletní větrné sestavy: 1 – větrník, 2 – konvertor nabíjení akumulátoru; 3 – automobilový akumulátor; 4 – invertor 24/220; 5,6 – výstupy napětí 220V a 24V

Tyto součásti již souvisejí s automatizací, která reguluje akumulaci a distribuci energie. Zařízení jako regulátor nabíjení, měnič proudu a další jsou povinnými komponentami větrných generátorů.

Fotografická ukázka montáže větrné turbíny krok za krokem

Podívejme se na příklad stavby větrníku na 24 V, sestaveného na bázi automobilového generátoru. Tato domácí výroba začíná stabilně pracovat při síle větru 5 m/s. Při středně větrném počasí s nárazy od 15 m/s dodává zařízení 8 až 11 A, ve dnech se silnými větry se účinnost zvyšuje. Výkon nepřesahuje 300 W.

V podstatě je veškerá práce hotova, zbývá propojit jednotlivé součásti užitečného domácího zařízení:

Sestavené vlastníma rukama zařízení vyvíjí 24 V, lze jej použít k nabíjení akumulátorů mobilní techniky a pro dodávku energie do osvětlovacích okruhů s úspornými svítidly.

Rozbor konstrukčních chyb

Sestavení větrného generátoru v domácích podmínkách vlastníma rukama je samozřejmě činnost ne bezchybná. I v konstrukcích průmyslových větrných turbín inženýři dělají chyby. Ale na chybách se člověk učí, o čemž svědčí zdařilé domácí konstrukce.

Mezi chybami při stavbě domácích větrných generátorů často figuruje absence brzdícího modulu v konstrukci generátoru. Standardní provedení těchto zařízení (automobilových nebo traktorových) takový díl neobsahuje. To znamená, že generátor je třeba upravit.

Ne každý „konstruktér“ se však chce touto jemnou záležitostí zabývat. Mnozí tento díl ignorují a spoléhají na náhodu. Výsledek? Při silném větru se vrtule roztočí na neuvěřitelně vysoké otáčky. Ložiska generátoru to nevydrží, rozbijí uložení hliníkových vík a dojde k zaklínění rotoru.

Zničený větrný generátor kvůli nedostatkům v konstrukci. Chyby při návrhu a montáži podobných konstrukcí vedou k vážným následkům.

Ke stejnému tématu patří nedostatek související s absencí omezovače otáčení korouhve. Často se tento komponent prostě zapomene nainstalovat a vzpomene se na něj až tehdy, když proudy větru začnou „korouhev“ roztočit kolem její osy jako káču v pořadu „Co? Kde? Kdy?“. Výsledek je žalostný.

Nejmenší škodou je překroucení a přetržení elektrického kabelu, v těžkých případech pak rozmetání celé konstrukce.

Další pozoruhodná chyba montáže – nesprávný výpočet těžiště na základně korouhve. V tomto případě může zařízení nějakou dobu fungovat normálně, ale časem vznikne zkosení v ložiskovém uzlu, volnost otáčení se omezí a účinnost konstrukce při dodávce energie prudce klesne.

O tom, jak správně vypočítat větrný generátor, se dozvíte z námi nabízeného článku.

Často se pokouší napájet akumulátorovou baterii přímo proudem z generátoru. Brzy se pak diví, proč akumulátor nedrží nabití, nebo objeví průraz 2–3 článků.

To je banální a přirozená chyba, protože nabíjení akumulátoru musí v každém případě probíhat za podmínek určitých proudů a napětí. Je zde potřeba kontrola tohoto procesu.

Domácím kutilům, které zajímá téma montáže větrného generátoru, nabízíme seznámit se ještě s jedním originálním variantem. V nabízeném článku je popsána výroba generátoru z odpadních dílů pračky.

Závěry a užitečné video k tématu

I obyčejný elektrický šroubovák se může stát větrným generátorem, pokud znáte základy konstrukce větrného generátoru.

Zájem o větrné generátory neklesá. Naopak, tato možnost výroby elektrické energie je stále častěji zvažována majiteli venkovských nemovitostí.

Je zřejmé, že pokud se zkombinuje několik druhů energie – větru, slunce, hydroturbín nebo jaderných elektráren – může taková kombinace přinést ekonomický efekt. Riziko uživatele, že zůstane bez elektřiny, se přitom snižuje na nulu.

Chcete vyprávět o tom, jak jste vlastnoručně sestavili větrák pro zajištění elektřiny na chatě? Přejete si podělit se o užitečné informace, které nebyly zmíněny v článku? Napište prosím komentáře do bloku níže, sdílejte dojmy, technické nuance známé jen vám a fotografie k tématu článku.