Jak zbudować małą elektrownię wiatrową

Jak wybudować małą elektrownię wiatrową naprawdę niskim kosztem? Wielu zadaje sobie to pytanie, niektórzy zlecają to specjalistycznym firmom, inni zaś biorą sprawy w swoje ręce. Tak jak w USA Hugh Piggot naśladują i robią od początku elektrownię wiatrową. Jednak Polacy nie tylko powielają często błędne założenia, ale i udoskonalają budowane na wzór amerykańskich swoje wiatraki. Okazuje się, że małą przydomową elektrownię wiatrową o mocy 500W można wybudować za około 1500zł w zależności od tego jakie mamy zdolności i co posiadamy. Małe elektrownie wiatrowe stają się coraz bardziej popularne, a zainteresowanie nimi wciąż rośnie. Taka elektrownia może służyć jako dodatkowe źródło zasilania w pewnym stopniu uniezależniające nas od dostaw z sieci. Najlepiej sprawdza się to przy domach niskoenergetycznych potrzebujących małej ilości prądu. W internecie można znaleźć dużo informacji na temat budowy i problemów z jakimi sie borykają konstruktorzy. W polskim internecie jest kilka stron przedstawiających budowę, a jedna z nich jest strona Pana Waldemara Pachoła istniejąca w internecie od 2006 r. i inspirująca kolejnych konstruktorów.

Więc jak wygląda budowa? Jak opisuje Pan Waldemar trzeba czasem wziąć się w garść i zacząć – to najważniejsze. Zaczniemy więc od masztu, bo choć mogłoby się wydawać inaczej to jest on najważniejszą częścią wiatraka. Źle wykonany może zniweczyć całą naszą pracę i doprowadzić do katastrofy.

Na początku nacinamy do połowy grubości drut średnicy 6 mm na odcinki 150 mm.

Powyżej gotowe wygięte rozpórki, które będą również pełniły rolę drabinki.

I na koniec spawanie. Rurka grubościenna  33 mm średnicy. Co 30 cm oczyszczone miejsca, w których przyspawane są wygięte uprzednio pręty rozporowe. Z uwagi na planowaną wysokość masztu (9 m) oraz brak konieczności wyjątkowej sztywności konstrukcji zrezygnowano z prętów skośnych.

I pierwszy człon gotowy. Potrzebne będą trzy bo jeden ma 3 m długości. Kolory biały i czerwony to standard jeśli chodzi o kolorystykę masztów. Będzie widoczny dla przelatującego ptactwa lub motolotniarzy.

Zawiasa i fundament masztu oraz sposób zakotwienia odciągów. Polega on na zakopanej na głębokosć 150cm kostce trelinkowej. Kostka jest przewiercona na wylot. Przez otwór przechodzi szpilka fi 14mm z przykręconym do niej metalowym uchem do którego zaś przykręcony jest łańcuch. Na powyższym zdjęciu widać mocowanie linki odciągu do łańcucha za pomocą śruby rzymskiej.

Stawianie masztu jest niezwykle proste. Mocujemy zawiasę podstawy masztu do fundamentu i dwa z trzech odciągów. Ciągniemy najlepiej wyciągarką za trzeci odciąg podnosząc 9 metrowy maszt w górę. I maszt mamy gotowy. Czas teraz go położyć na ziemię i zabrać się za budowę pozostałych elementów elektrowni.

Koło wiatrowe (śmigło) to element napędzający prądnicę, to również zespół elementów odbierających moc którą ze sobą niesie wiatr. Wyprzedzając pytania i zabezpieczając się przed takimi na które odpowiedziałem a które i tak spłyną do mnie na maila napiszę (by ostudzić zapaleńców):

W Polsce średnioroczna prędkość wiatrów to 3.5m/s.

Zaprzęgając do pracy program wiatrak można bez większej utraty czasu ustalić, by przy wiatrze 3.5m/s produkować moc ciągłą:

 - 1 kW trzeba śmigła o średnicy 12,6m

 - 2 kW wystarczy śmigło o średnicy 17,8m

 - 5 kW to jedynie śmigło o średnicy 28.2m

 - 10 kW już tylko śmigło o średnicy 39,9m

Jeśli ktoś dysponuje takimi możliwościami produkcyjnymi i miejscowymi to szczerze zazdroszę…

Odnosząc to do specyfikacji producentów, gdzie podaje się jako nominalny wiatr burzowy: 9-10m/s który w Polsce występuje kilka razy w roku, to szczerze współczuję ewentualnym klientom.

Są oczywiście na mapie miejsca „specjalne”: przesmyki, wąwozy, etc które tworzą bardzo fajne lokalizacje dla postawienia małej przydomowej elektrowni. Tam wieje trochę lepiej, więc i osiągi będą trochę lepsze.

Łopaty: Do klasycznego amerykana należy wykonać klasyczne łopaty – teoretycznie. Nie bedę sie tu rozpisywał bo w internecie sporo jest instrukcji, tabel i innych potrzebnych danych by takowe zrobić. Opiszę tylko jak owy temat wyglądał u mnie. Do wykonania łopat zastosowałem drewno świerkowe (150x50x1250mm) z tej przyczyny, iż łatwo się je obrabia i jest dość wytrzymałe jak na nasze warunki „wietrzne”.  Przy wykonywaniu łopat korzystałem z poniższej tabeli – która okazała się później wielkim niewypałem, gdyż robiłem nie w tej kolejności. Poprawna kolejność: najpierw prądnica, później śmigła. Inna sprawa, najlepsze rezultaty osiągnąć można stosując program Wiatrak 1.1

station width drop thickness
1 145 50 25
2 131 33 20
3 117 17 18
4 104 10 15
5 90 5 11

Główna zasada jaką należy kierować się przy projektowaniu śmigieł: Jeśli na przykład prądnica moc 1kW osiąga przy 400 obr/min to śmigło musi gwarantować tę moc przy właśnie 400 obr/min. Każde inne zestawienie będzie generowało straty albo po stronie napędzającej lub napędzanej. Tu podkreślę raz jeszcze: Proponuję stosować sprawdzone i pewne rozwiązania by się w końcu nie rozczarować.

Na początku należy wyznaczyć na drewnie, w zależności od ilości stacji, miejsca do których później docinamy „marki”. Im ich więcej tym oczywiście lepiej. Później w zależności od posiadanych narzędzi odcinamy zaznaczoną „markami” część drewna. Ta strona jest stroną nawietrzną – na nią będzie działać wiatr. Do wykończenia łopaty świetnie nadaje się szlifierka taśmowa z papierami ściernymi 36, 60, 100.

Drugą część płata – profilowaną również obrabia się szlifierką taśmową. Tu warto wspomóc się kilkoma wykrojnikami z profilem. Jeśli dysponujemy dostępem do kopiarki do elementów drewnianych to w zasadzie koniec „mordęgi”, jeśli nie to zabawa trwa, gdyż pojedyncze łopaty winny mieć zbliżone parametry.

MALOWANIE

Jeśli chodzi o farby, to zastosowałem najzwyklejszą białą farbę do drewna nadająca się na zewnątrz wzbogaconą barwnikiem. Oczywiście malowanie conajmniej dwoma warstwami w odstępach przewidzianych na ulotce.

Jeśli ktoś zechce zachować strukturę drewna należy koniecznie zastosować klasyczny lakier z utwardzaczem – żadnych wodorozcieńczalnych, gdyż te lubią zejść po sezonie, a czerniejące drewno nie dość, że pije wodę – co rozreguluje wyważenie śmigła, to nie jest najbardziej atrakcyjne wizualnie. Oczywiście brak wyważenia spowoduje więcej szkód; począwszy od skrócena bezawaryjności łożyskowania, a skończywszy nawet na zniszczeniu śmigieł, ale to tylko tak na marginesie.

PRĄDNICA

Stator to typowa trójfazowa „prądnica amerykana” znana z wielu kanadyjskich stron www. W pierwszej wersji składał się on (u mnie) z trzech sekcji po trzy cewki na sekcję drutu nawojowego fi 1,2mm w ilości 84 zwojów na cewkę. Grubość cewki wynosi około 10mm.

Układ ten połączony w gwiazdę przy 150 obrotach na minutę dawał na obciążenie, w postaci akumulatora 12V 176Ah, napięcie 13.2V 2A (26.4W). Niestety nie miałem możliwości zmierzyć napięć i natężeń przy innych obrotach. Jako ciekawostkę podam fakt, iż przy ostatnich burzach, a wiatry wcale nie były silne, udało mi się zaobserwować napięcie ograniczone przez układ ładowania do 14.4V (napięcie mierzone na zaciskach akumulatora – typowe napięcie ładowania dla akumulatora), 250W szło w grzałkę oraz blisko 17A prądu generowane przez prądnicę wiatraka.

Moc osiągnięta: 14Vx17A+250W=około 500W. I co bardzo mi się podobało miałem okazję zobaczyć jak działa „układ mimośrodowy” zabezpieczenia przed silnymi wiatrami. Wiatrak został ustawiony z kierunkiem wiatru. Film można pobrać tu lub obejrzeć animację tu.

A poniżej materiał zdjęciowy JAK NIE POWINNO SIĘ JEJ WYKONYWAĆ.

Cewki prądnicy zatopione zostały w żywicy poliestrowej. Ilość jaka została zużyta to prawie 2 litry.

UWAGA! Proszę nie sugerować się kształtem cewek z powyższego zdjecia gdyż ten jest zły. Odpowiedni kształt cewki przedstawia poniższa animacja. Dla tych którzy noszą się z zamiarem wykonania prądnicy o większej mocy mała informacja – żywica poliestrowa niezbyt dobrze znosi temperatury powyżej 70oC, a podczas produkcji prądu prądnica się nagrzewa. Co prawda prąd produkowany jest tylko w czasie wiatru, jednak znaczną część prądnicy zasłania rotor i śmigło, poza tym żywica nie jest najlepszym przewodnikiem ciepła więc chłodzenie całego układu może okazać się niewystarczające.

Błędy:

 1. Kształt cewki. Z kształtem cewki zwiazana jest również moc. Prąd jest produkowany gdy nad bokami jednej cewki znajdują się (w ruchu) dwa magnesy – a nie wtedy gdy w jej oku znajduje się magnes. W związku z powyższym jej kształt powinien być jak najbardziej dopasowany do rozstawu pary magnesów dla danej sekcji. Oczywiście wymusza to lekkie odstępstwo od kształtu idealnego z uwagi na różna ilość par magnesów i ilość cewek ale to wartości pomijalnie małe.

 2. Miejsce. Pustki pomiedzy cewkami mogła spokojnie wypełnić miedź – a więcej zwoi to bardziej wolnoobrotowa prądnica.

 3. Grubość cewki. Pierwszy stator miał 10mm, bo magnesy miały również po 10mm. Na kliku anglojezycznych stronach www można przeczytać, że grubość cewki nie powinna przekraczać grubości użytego magnesu. Czyli jeśli używamy magnesów grubości 5mm to grubość cewki nie powinna przekraczać 5mm. Nic bardziej błędnego.

Prądnica – jak być powinno

Kształt cewki: Jeśli do wykonania rotora stosuje się magnesy o kształcie prostokąta to kształt cewek powinien raczej przypominać literę „V” (trójkąt) – innymi słowy kształt powinien się zwężać im bliżej osi obrotu rotora (dokładnie tak jak na zdjęciu z prawej strony tego tekstu).

Ilość miedzi: Ile wejdzie. Jak widać na zdjęciu z prawej strony cewki powinny wykorzystywać całą możliwą przestrzeń. Efekt jaki się dzięki temu uzyskuje to znacznie wyższe napiecie przy dużo niższych obrotach.

Grubość cewki: Testach które przeprowadziłem wykazały, iż bez problemu można nawijać cewki o grubości dwykrotnej grubości magnesu. Czyli stosując magnesy grubości 10 mm można z powodzeniem nawinąć cewkę grubości 20mm.

Cewka testowa: Konieczność, jeśli chce się posiadać wiedzę, co w przyszłości bedzie potrafiła prądnica którą się wykonuje. Oszczędzi to kolejnych rozczarowań. Przy założeniach projektowych należy pamiętać, iż nie powinno się liczyć większej gęstości prądu niż 4A/1mm2 pola przekroju. Czyli przy obciążeniu ciągłym wartości maksymalne dla drutu o średnicy 1mm – 3.14A, 1.2mm – 4.52A, 1.4mm – 6.16A, 1.7mm – 9.08A.

To co widać na zdjeciu z prawej strony to cewki nawinięte drutem 2×1.2mm w ilości w okolicach 110 zwojów i grubości 16mm. Zastosowanie drutu 2×1.2mm wynika z faktu, iż znacznie łatwiej nawinać cewkę drutem średnicy 2×1.2mm niż 1×1.7mm.

No dobrze, ale jak nawinąć cewki?

Wystarczy wykonać sobie specjalną maszynkę. Najprościej użyć cienkiej sklejki 3-4mm, czterech śrub fi 4mm – rurka termokurczliwa załozona na śruby zabezpiecza drut nawojowy przed uszkodzeniem o zwoje śrub ustalających, jest również świetnym elementem ustalającym końcową szerokość cewki.

Kręcący się wiatrak Fi 3m przy 2m/s ma 15W pola wiatrowego a przy 2.5m/s -29W. Szerokość nogi cewki nie może przekroczyć szerokości magnesu.

Podobieństwo cewek do litery V-można tak określić. Ale o kształcie cewki decydują dwa sąsiednie magnesy i ich rozstaw miedzy sobą i ich odległość od osi obrotu – jest to niezbędne do uzyskania wysokiego impulsu napięciowego i w przesłanych rysunkach zwracam na to ana uwagę. Przedstawiona tam cewka jest tylko symulacją, ale kąty (żółte proste) cewek i magnesów są ostateczne. Szczegółowy wzór cewki projektuję do konkretnych magnesów to jest ich wysokości i szerokości oraz średnicy na której ostatecznie usytuuje się magnesy. Budowałem jóż prądnice które ładowały 12V nawet przy 25 obr na min, ale nie w tym rzecz, bo uwzględnić: średnicę śmigła, najczęstszy wiatr daje to obroty ładowania początkowego no i dopasowanie odpornościowe przewidywanych odbiorników. Nie sztuka mieć za wcześnie napięcie ładowania, a później przy większych obrotach połowę mocy stracić na grzanie statora. Ma pan węższe magnesy od Pana Pachoła stąd podwójne uzwojenie miało by za mało zwoi. Duże amperaże u Pana można uzyskać gdy średnie wiatry stosując przełacznik z Gwiazdy na Trójkąt.

Następnego dnia, po wyjęciu z formy, delikatnie przeszlifowałem stator szlifierką pasową i rotacyjną przy użyciu papier ściernego o ziarnistości 100 i „polerowanie” przy pomocy smaru do łożysk – totalnie zbędna czynność. :)

Dla wzmocnienia statora użyłem cztery warstwy grubej maty szklanej na każdą jego stronę. Dodatkowo w miejscach gdzie później bedą otwory montażowe wzmocnienia matą są na całej grubości statora.

ROTOR

Rotor składa się z dwóch stalowych tarcz grubości 6mm i średnicy 296mm. Stal musi wykazywać właściwości magnetyczne – czyli nie może to być stal nierdzewna czy aluminium. Odwiedzając pobliską złomownię udało mi się zakupić takie cztery krążki. Na każdej z dwóch tarcz w żywicy poliestrowej zatopione jest 12 magnesów neodymowych N38 10x25x45mm. Takie powinny „dać radę” cewce grubości 10mm, odległość pomiędzy magnesami wyniesie 14mm. Ilość magnesów można wyliczyć ze wzoru:

 ilość cewek / 3 x 4 = ilość magnesów na jedną tarczę rotora

Jako wzornik do osadzenia magnesów wykorzystałem sklejkę grubości 4 mm. Przy pomocy oprogramowania AutoCAD w zaprzyjaźnionej firmie projektowej powstał odpowiedni rysunek, który potem przeniesiony został  na sklejkę. Potem tylko praca wyrzynarką…

Wklejanie magnesów. N – S – N – S…

Jedna z tarcz na chwilę przed zalaniem żywicą poliestrową. Tektura falista okazała się bardzo dobrym materiałem na ścianki. Aby żywica się nie wylewała zastosowałem cienkie paski przeźroczystej taśmy klejącej.

Magnesy, kolejno N, S, N, S… Test poprawności: magnes trzymany w zamkniętej dłoni zbliżamy do kolejnych magnesów znajdujacych się na tarczy. Powinien być odczuwalny efekt naprzemiennego przyciągania i odpychania. Kleje: nie stosowałem zadnych klejów.

Drut nawojowy 1,2mm MIEDZI (nie 1,18), a z izolacją około 1,25 mm. W każdej cewce 102 zwoje. Więcej nie wskazane w tym przypadku bo zwiększało by zbędne straty wewnętrzne w statorze na zbędnym oporze omowym.

Przy odstępie magnesów 17 mm , 12V powinno być przy: około jednego obrotu na sekundę.

Typowy „amerykanin”. Jedyne co się zmieniło to zastosowanie piasty od poloneza. Po wymianie łożysk sprawuje się idealnie.

Element zawiasy przyspawany pod kątem do głowicy tworzy zabezpieczenie przeciwburzowe. Dzięki takiej konstrukcji ogon wiatraka ma tendencje do samoistnego powrotu do położenia spoczynkowego – dzięki temu nie trzeba stosować bocznego żagla, sprężyn czy ciężarków na linach. Wiatr burzowy odchyla koło wiatrowe umieszczone mimośrodowo względem osi obrotu głowicy. Ogon, który ustawiony jest zawsze pod wiatr,  poprzez ukośną zawiasę i obrót głowicy unosi się pokonując siły grawitacyjne. Prędkość obrotowa spada. Gdy prędkość wiatru maleje ogon, z uwagi na swój ciężar, powraca do punktu spoczynkowego ustawiając koło wiatrowe znowu pod wiatr.

Całość przed zamontowaniem łopat. Ważna uwaga: Przy zakładaniu drugiej tarczy trzeba koniecznie uważać na palce by ich nie stracić. Siła z jaką przyciągają się magnesy jest potężna i daje się ją odczuć już przy odległości około 10 cm pomiędzy tarczami. Głowica wraz z łopatami i ogonem waży około 25kg.

Ten artykuł znaleziono poprzez poniższe frazy:

  • mała elektrownia wiatrowa (115)
  • jak zbudowac elektrownie wiatrowa (109)
  • prądnice wiatrowe (103)
  • amerykanka prdnica (64)
  • jak zbudować małą elektrownię wiatrową (62)

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Możesz użyć następujących tagów oraz atrybutów HTML-a: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>