Kako izdelati lopatice za vetrogenerator z lastnimi rokami: primeri samostojne izdelave lopatic za vetrnico

Uporaba alternativnih virov energije je eden glavnih trendov našega časa. Čista in dostopna energija vetra se lahko pretvori v elektriko celo pri vas doma, če zgradite vetrnico in jo povežete z generatorjem.

Lopatice za vetrni generator lahko izdelate sami iz običajnih materialov brez uporabe posebne opreme. Povedali vam bomo, katera oblika lopatic je učinkovitejša, in vam pomagali izbrati ustrezen načrt za vetrno elektrarno.

Kako deluje preprost vetrni generator?

Vetrni generator je naprava, ki omogoča pretvorbo energije vetra v električno energijo.

Njegovo delovanje temelji na tem, da veter vrti lopatice, ki poganjajo gred, preko katere se vrtenje prenaša na generator prek reduktorja, ki povečuje hitrost.

Delovanje vetrne elektrarne se ocenjuje s KIEV – koeficientom izrabe energije vetra. Ko se vetrno kolo hitro vrti, je v stiku z večjo količino vetra, kar pomeni, da od njega prevzame več energije.

Ločimo dve glavni vrsti vetrnih generatorjev:

• vertikalne;
• horizontalne.

Vertikalno usmerjeni modeli so zgrajeni tako, da je os propelerja postavljena pravokotno na tla. Tako vsak premik zračnih mas, ne glede na smer, požene konstrukcijo.

Takšna univerzalnost je prednost te vrste vetrnic, vendar so glede produktivnosti in učinkovitosti delovanja slabše od horizontalnih modelov.

Horizontalni vetrni generator spominja na vetrovnico. Da se lopatice vrtijo, mora biti konstrukcija obrnjena v pravo smer glede na smer gibanja zraka.

Za nadzor in zajemanje sprememb smeri vetra se namestijo posebne naprave. Izkoristek pri takšni postavitvi krila je bistveno višji kot pri navpični orientaciji. V gospodinjski uporabi je bolj smiselno uporabljati vetrne generatorje tega tipa.

Katera oblika lopatice je optimalna?

Eden od glavnih elementov vetrnega generatorja je komplet lopatic.

Obstaja vrsta dejavnikov, povezanih s temi deli, ki vplivajo na učinkovitost vetrnice:

• teža;
• velikost;
• oblika;
• material;
• število.

Če ste se odločili izdelati lopatice za domačo vetrnico, morate upoštevati vse te parametre. Nekateri menijo, da več kot je kril na vijaku generatorja, več energije vetra lahko pridobite. Z drugimi besedami, več, tem bolje.

Vendar temu še zdaleč ni tako. Vsak posamezen del se premika in premaguje zračni upor. Tako veliko število lopatic na vijaku zahteva večjo moč vetra za en obrat.

Poleg tega lahko preveč širokih kril povzroči nastanek tako imenovane 'zračne kape' pred vijakom, ko zračni tok ne prehaja skozi vetrnico, ampak jo obide.

Oblika je zelo pomembna. Od nje je odvisna hitrost vrtenja vijaka. Slabo obtekanje povzroči nastanek vrtincev, ki upočasnjujejo vetrno kolo.

Najučinkovitejši je enolopatični vetrni generator. Toda zgraditi in uravnotežiti ga z lastnimi rokami je zelo težko. Konstrukcija je nezanesljiva, čeprav z visokim izkoristkom. Po izkušnjah mnogih uporabnikov in proizvajalcev vetrnic je najbolj optimalen model trolopatični.

Teža lopatice je odvisna od njene velikosti in materiala, iz katerega bo izdelana. Velikost je treba skrbno izbrati po formulah za izračune. Robove je bolje obdelati tako, da je na eni strani zaokrožitev, na nasprotni strani pa oster rob.

Pravilno izbrana oblika lopatice za vetrni generator je temelj njegovega dobrega delovanja.

Za domačo izdelavo so primerne naslednje možnosti:

• jadralnega tipa;
• krilčnega tipa.

Lopatice jadralnega tipa so preprosti široki trakovi, kot na vetrnici. Ta model je najbolj očiten in preprost za izdelavo. Vendar je njen izkoristek tako majhen, da se ta oblika v sodobnih vetrnih generatorjih praktično ne uporablja. Izkoristek v tem primeru znaša približno 10–12 %.

Precej bolj učinkovita oblika so lopatice krilčnega profila. Tu so uporabljeni principi aerodinamike, ki dvigajo ogromna letala v zrak. Vijak te oblike je lažje pognati in se vrti hitreje. Oblivanje z zrakom znatno zmanjša upor, ki ga vetrnica srečuje na svoji poti.

Pravilni profil naj spominja na krilo letala. Na eni strani ima lopatica odebelitev, na drugi pa – položni spust. Zračne mase obtekajo detajl takšne oblike zelo gladko.

Izkoristek tega modela dosega vrednost 30–35 %. Dobra novica je, da je mogoče krilčno lopatico zgraditi tudi z lastnimi rokami z minimalnim orodjem. Vse osnovne izračune in risbe je mogoče enostavno prilagoditi svoji vetrnici in uporabljati brezplačno in čisto vetrno energijo brez omejitev.

Iz česa izdelujejo lopatice v domačih razmerah?

Materiali, ki so primerni za gradnjo vetrnega generatorja, so predvsem plastika, lahke kovine, les in sodobna rešitev – steklena tkanina. Glavno vprašanje je, koliko truda in časa ste pripravljeni vložiti v izdelavo vetrnice.

Kanalizacijske cevi iz polivinilklorida

Najbolj priljubljen in razširjen material za izdelavo plastičnih lopatic za vetrni generator je navadna kanalizacijska PVC-cev. Za večino domačih generatorjev s premerom vijaka do 2 m bo zadostovala cev premera 160 mm.

K prednostim takšne metode spadajo:

• nizka cena;
• dostopnost v katerem koli območju;
• enostavnost dela;
• veliko število shem in risb na internetu, bogate izkušnje uporabe.

Cevi so različne. To ne vedo le tisti, ki izdelujejo domače vetrne elektrarne, ampak vsi, ki so se srečali z montažo kanalizacije ali vodovoda. Razlikujejo se po debelini, sestavi, proizvajalcu. Cev ni draga, zato ni treba poskušati še bolj poceniti svojega vetrnega generatorja z varčevanjem pri PVC-ceveh.

Nekakovosten material plastičnih cevi lahko povzroči, da lopatice počijo že ob prvem preizkusu in je vse delo opravljeno zaman.

Najprej se je treba odločiti za šablono. Obstaja veliko variant, vsaka oblika ima svoje pomanjkljivosti in prednosti. Morda je smiselno najprej eksperimentirati, preden izrežete končno različico.

Ker je cena cevi nizka, jih lahko najdete v kateri koli gradbeni trgovini, je ta material odličen za prve korake pri modeliranju lopatic. Če gre kaj narobe, lahko vedno kupite še eno cev in poskusite znova; denarnica pri takšnih poskusih ne bo močno oškodovana.

Izkušeni uporabniki vetrne energije so opazili, da je za izdelavo lopatic za vetrni generator bolje uporabiti oranžne cevi namesto sivih. Bolje ohranjajo obliko, se po oblikovanju krila ne upognejo in dlje zdržijo.

Ljubiteljski oblikovalci imajo raje PVC, saj lahko med preskusi zlomljeno lopatico zamenjajo z novo, izdelano v 15 minutah kar na kraju samem ob ustreznem šablonu. Preprosto in hitro, kar je najpomembneje – dostopno.

Fotonavodilo za izdelavo lopatic vetrnega generatorja iz polimernih cevi bo pomagalo nazorno obvladati korake in zaporedje postopka:

Vsi pripravljalni koraki so opravljeni, zdaj je treba lopatice pritrditi na del, ki se vrti za vetrom:

Aluminij – tanek, lahek in drag

Aluminij je lahek in trden kovinski material. Tradicionalno se uporablja za izdelavo lopatic za vetrne generatorje. Zaradi majhne teže bodo aerodinamične lastnosti vijaka odlične, če ploščici daste pravo obliko.

Glavne obremenitve, ki jih vetrnica doživlja med vrtenjem, so usmerjene v upogib in pretrganje lopatice. Če plastika pri takem delu hitro poči in odpove, lahko na aluminijast vijak računate veliko dlje.

Vendar če primerjate aluminij in PVC cevi, bodo kovinske ploščice vseeno težje. Pri visoki hitrosti vrtenja je veliko tveganje, da ne poškodujete same lopatice, ampak vijak na mestu pritrjevanja.

Še ena pomanjkljivost delov iz aluminija je zahtevnost izdelave. Če ima PVC cev ukrivljenost, ki bo uporabljena za zagotavljanje aerodinamičnih lastnosti lopatice, se aluminij praviloma vzame v obliki pločevine.

Po izrezovanju dela po šabloni, kar je samo po sebi veliko težje kot delo s plastiko, bo treba dobljeni surovec še valjati in mu dati pravilno ukrivljenost. Doma in brez orodja tega ne bo tako enostavno narediti.

Namesto dragega aluminija lahko uporabite odrezke strešne pločevine ali kose profilirane pločevine, ki so ostali po polaganju:

Steklena vlakna ali steklena tkanina – za profesionalce

Če ste se odločili, da boste k vprašanju izdelave lopatice pristopili zavestno in ste pripravljeni porabiti veliko truda in živcev, so primerna steklena vlakna. Če se še niste ukvarjali z vetrnimi turbinami, začetek seznanjanja z modeliranjem vetrnice iz steklene tkanine ni najboljša ideja. Navsezadnje ta proces zahteva izkušnje in praktične spretnosti.

Lopatica iz več plasti steklene tkanine, povezanih z epoksi lepilom, bo trdna, lahka in zanesljiva. Pri veliki površini je del votel in skoraj breztežen.

Za izdelavo se uporablja steklena tkanina – tanek in trpežen material, ki je na voljo v zvitkih. Poleg steklenih vlaken bo potrebno epoksi lepilo za utrjevanje plasti.

Delo začnemo z izdelavo matrice. To je takšen surovec, ki predstavlja obliko za prihodnji del.

Matrica je lahko izdelana iz lesa: brun, desk ali hlodov. Neposredno iz masiva izklešejo voluminozni silhuet polovice lopatice. Druga možnost je oblika iz plastike.

Surovec je zelo težko izdelati sam; pred očmi morate imeti gotov model lopatice iz lesa ali drugega materiala, šele nato se po tem modelu izdela kalup za izdelek. Takih kalupov sta potrebna vsaj dva. Ko pa enkrat uspešno izdelate kalup, ga lahko uporabite večkrat in tako zgradite ne samo eno vetrnico.

Dno kalupa temeljito namažemo z voskom. To storimo zato, da lahko končano lopatico pozneje preprosto izvlečemo. Položimo plast steklenih vlaken in jo premažemo z epoksi lepilom. Postopek ponovimo večkrat, dokler surovec ne doseže želene debeline.

Nato se mora lepilo posušiti. Nekateri priporočajo, da kalup položite v vakuumsko vrečko in izčrpate zrak. Tako lepilo bolje prodre v vse plasti steklene tkanine, ne da bi ostali neprepojeni predeli.

Ko se epoksi lepilo posuši, polovico izdelka previdno vzamemo iz kalupa. Enako naredimo z drugo polovico. Dela zlepimo med seboj, da dobimo votel prostorski izdelek. Lahka, trdna in aerodinamično pravilno oblikovana lopatica iz steklenih vlaken je vrhunec mojstrstva domačega ljubitelja vetrnih elektrarn.

Njena glavna pomanjkljivost je zahtevnost uresničitve zamisli in veliko zavržkov na začetku, dokler ne dobimo idealnega kalupa in ne izpilimo postopka izdelave.

Poceni in grobo: leseni del za vetrno kolo

Lesena lopatica je staromodna metoda, ki jo je mogoče enostavno uresničiti, vendar je pri današnji ravni porabe električne energije malo učinkovita. Izdelek lahko izdelamo iz masivne deske lahkih vrst lesa, na primer bora. Pomembno je izbrati dobro posušen lesen surovec.

Če bo les vlažen, se lahko propeler med sušenjem “zvije” in se deformira. Poleg tega je teža mokrega lesa bistveno večja od teže suhega.

Izbrati je treba primerno obliko, upoštevati pa tudi dejstvo, da lesena lopatica ne bo tanka plošča, kakršna je aluminijasta ali plastična, temveč prostorska konstrukcija. Zato le oblikovati surovec ni dovolj; treba je razumeti načela aerodinamike in si predstavljati obrise lopatice v vseh treh dimenzijah.

Lesu bo treba dati končno obliko s skobeljnikom, raje električnim. Za obstojnost les obdelamo z antiseptičnim zaščitnim lakom ali barvo.

Glavna pomanjkljivost takšne konstrukcije je velika teža propelerja. Da bi to gmoto premaknili z mesta, mora biti veter dovolj močan, kar je v osnovi težko uresničljivo. Vendar pa je les dostopen material. Deske, primerne za izdelavo propelerja vetrnega generatorja, lahko najdete kar na svojem dvorišču, ne da bi zapravili niti centa. In to je v tem primeru glavna prednost lesa.

Izkoristek lesene lopatice se približuje ničli. Praviloma čas in trud, vložena v izdelavo takšne vetrnice, nista vredna rezultata, izraženega v vatih. Vendar kot učni model ali poskusni primerek leseni del povsem ustreza. Tudi vetrokaz z lesenimi lopaticami na posestvu izgleda učinkovito.

Naslednja zbirka fotografij prikazuje korake izdelave vetrnice z lopaticami, izrezanimi iz vezane plošče:

Delovni del je pripravljen in preizkušen na delovanje, tako da ga je treba le še pobarvati in priviti na drog:

Načrti in primeri lopatic

Narediti pravilen izračun vijaka vetrnega generatorja, ne da bi poznali osnovne parametre, ki so prikazani v formuli, in brez razumevanja, kako ti parametri vplivajo na delovanje vetrnika, je zelo težko.

Bolje je, da ne izgubljate svojega časa, če nimate želje poglobiti se v osnove aerodinamike. Pripravljene sheme z danimi kazalniki vam bodo pomagale izbrati primerno lopatico za vetrno elektrarno.

Načrt lopatic za dvolopatni vijak. Izdelan je iz kanalizacijske cevi s premerom 110 mm. Premer vijaka vetrnika v teh izračunih je 1 m.

Podoben majhen vetrni generator vas ne bo mogel oskrbeti z visoko močjo. Najverjetneje iz tega modela ne boste mogli iztisniti več kot 50 W. Vendar bo dvolopatni vijak iz lahke in tanke PVC cevi zagotovil visoko hitrost vrtenja in omogočil delovanje vetrnika tudi pri šibkem vetru.

Načrt lopatic za trolopatni vijak vetrnega generatorja iz cevi s premerom 160 mm. Obračunska hitrost v tej različici je 5 pri vetru 5 m/s.

Trolopatni vijak takšne oblike se lahko uporabi za močnejše naprave, približno 150 W pri 12 V. Premer celotnega vijaka v tem modelu dosega 1,5 m. Vetrno kolo se bo vrtelo hitro in enostavno zagnalo. Vetrnik s tremi lopaticami je najpogostejši v domačih elektrarnah.

Načrt domače izdelane lopatice za 5-lopatni vijak vetrnega generatorja. Izdelan je iz PVC cevi s premerom 160 mm. Obračunska hitrost je 4.

Takšen petlopatni vijak bo lahko oddajal do 225 vrtljajev na minuto pri obračunski hitrosti vetra 5 m/s. Da bi izdelali lopatico po predlaganih načrtih, je treba prenesti koordinate vsake točke iz stolpcev 'Koordinate šablone spredaj/zadaj' na površino plastične kanalizacijske cevi.

Po spodaj predlagani tabeli lahko izračunate premer vetrnika z 2 do 16 lopaticami. Pri tem lahko izberete velikost glede na želeno izhodno moč.

Iz tabele je razvidno, da več kot ima vetrni generator lopatic, krajša mora biti njihova dolžina za pridobitev enake moči toka.

Kot kaže praksa, je vzdrževanje vetrnega generatorja s premerom več kot 2 metra precej težavno. Če v skladu s tabelo potrebujete večji vetrnik, razmislite o povečanju števila lopatic.

Z pravili in načeli izračuna vetrnega generatorja seznani članek, v katerem je korak za korakom opisan postopek izvajanja izračunov.

Izvajanje uravnoteženja vetrnice

Uravnoteženje lopatic vetrne turbine bo pripomoglo k čim večji učinkovitosti njenega delovanja. Za izvedbo uravnoteženja je treba najti prostor, kjer ni vetra ali prepiha. Seveda bo za vetrno kolo s premerom več kot 2 m težko najti tak prostor.

Lopatice se sestavijo v končno konstrukcijo in namestijo v delovni položaj. Os mora biti nameščena strogo vodoravno, po libeli. Ravnina, v kateri se bo vrtel vijak, mora biti nastavljena strogo navpično, pravokotno na os in na ravnino tal.

Vijak, ki se ne premika, je treba zavrteti za 360/x stopinj, kjer je x = število lopatic. V idealnem primeru se uravnotežena vetrnica ne bo odklonila niti za 1 stopinjo, ampak bo ostala negibna. Če se je lopatica zavrtela pod lastno težo, jo je treba nekoliko popraviti, zmanjšati težo na eni strani in odpraviti odklon od osi.

Postopek se ponavlja, dokler vijak ni popolnoma negiben v katerem koli položaju. Pomembno je, da med uravnoteženjem ni vetra. To lahko izkrivi rezultate testiranja.

Prav tako je pomembno nadzorovati, da se vsi deli vrtijo strogo v eni ravnini. Za preverjanje se na razdalji 2 mm na obeh straneh ene od lopatic namestijo kontrolne plošče. Med premikanjem se noben del vijaka ne sme dotakniti plošče.

Za delovanje vetrne turbine z izdelanimi lopaticami bo potrebno sestaviti sistem, ki akumulira pridobljeno energijo, jo shranjuje in prenaša porabniku. Eden od komponent sistema je krmilnik. O tem, kako narediti krmilnik za vetrnico, boste izvedeli, če si ogledate članek, ki ga priporočamo.

Zaključki in koristen video na to temo

Zgraditi vetrnico sam iz priročnih materialov je povsem mogoče. Če začnete z enostavnejšimi modeli, bo tudi prvi poskus verjetno uspešen. Z izkušnjami se lotite zahtevnejših zamisli, da dobite čim bolj učinkovito in zmogljivo vetrno turbino.

Video #1. Kako narediti vetrnico iz PVC cevi:

Video #2. Vetrna turbina z lastnimi rokami:

Video #3. Vetrnica iz pocinkane jeklene pločevine:

Če želite uporabljati čisto in varno energijo vetra za gospodinjske potrebe in ne nameravate porabiti ogromnih denarjev za nakup drage opreme, bodo domače lopatice iz običajnih materialov primerna ideja. Ne bojte se poskusov, in uspelo vam bo še bolj izboljšati obstoječe modele vetrničnih vijakov.

Želite povedati, kako ste sami izdelali lopatice za vetrnico, ki oskrbuje počitniško hišo z električno energijo? Želite deliti koristne informacije z obiskovalci spletnega mesta ali postaviti vprašanje? Prosimo, napišite komentarje v spodnjem bloku.