Vertikalni vetrogenerator z lastnimi rokami: kako sestaviti vetrnico z navpično osjo vrtenja

Veter ima izjemne energetske zmogljivosti. Neizkoriščanje njegovega močnega potenciala je treba pogumno označiti za nerazumno potratnost. Lahko pa preprosto izdelate vertikalni vetrni generator z lastnimi rokami in pridobivate skoraj brezplačno energijo za pokrivanje gospodinjskih potreb. To je povsem realno, se strinjate?

Predstavljeni članek vam bo pomagal podrobno razumeti zapleteno tehnično vprašanje. Sistematične, dostopno podane informacije podrobno osvetljujejo načelo delovanja priljubljenih sistemov, ki pretvarjajo energijo zračnih mas v električno energijo.

Nedvomno vas bo navdušila zamisel o izdelavi vetrne turbine, katere način sestave je opisan v članku. Podrobno smo obravnavali različne vrste vertikalnih vetrnih generatorjev, se dotaknili njihovih razlik, prednosti in pomanjkljivosti. Besedilni del gradiva odlično dopolnjujejo fotografije in video navodila.

Prednosti in načelo delovanja vetrnih generatorjev

Sodobni vertikalni generator – ena od možnosti alternativne energije za dom. Naprava je sposobna pretvoriti sunke vetra v energetski vir. Za pravilno delovanje ne potrebuje dodatnih naprav, ki določajo smer vetra.

Vetrni generator rotorskega tipa je zelo enostavno izdelati doma. Seveda ne bo mogel v celoti prevzeti oskrbe z energijo velikega zasebnega dvorca, vendar bo odlično poskrbel za razsvetljavo gospodarskih poslopij, vrtnih poti in pripadajočega zemljišča.

Vertikalna naprava deluje na nizki višini. Za njeno vzdrževanje niso potrebni različni pripomočki, ki zagotavljajo varno izvajanje višinskih popravil in vzdrževalnih del.

Minimalno število premikajočih se delov naredi vetrno napravo bolj zanesljivo in vzdržljivo. Optimalen profil lopatic in rotor originalne oblike zagotavljata agregatu visoko stopnjo učinkovitosti ne glede na smer vetra v vsakem posameznem trenutku.

Mali gospodinjski modeli so sestavljeni iz treh ali več lahkih lopatic, ki takoj zaznajo najšibkejši sunek in se začnejo vrteti, ko jakost vetra preseže 1,5 m/s. Zaradi te sposobnosti njihova učinkovitost pogosto presega izkoristek velikih naprav, ki potrebujejo močnejši veter.

Generator deluje popolnoma neslišno, ne moti lastnikov in sosedov, ne ustvarja škodljivih izpustov v ozračje in zanesljivo služi več let, vestno dovajajoč energijo v bivalne prostore.

Vertikalni generator vetrnega tipa deluje po principu magnetne levitacije. Med vrtenjem turbin nastajajo impulzna in dvižna sila ter sila dejanskega zaviranja. Prvi dve povzročita vrtenje lopatic agregata. To dejanje aktivira rotor, ta pa ustvari magnetno polje, ki proizvaja elektriko.

Vetrnica z navpično osjo vrtenja po učinkovitosti ne zaostaja za svojimi horizontalnimi primerki. Poleg tega ne postavlja zahtev glede teritorialne lege in polno deluje praktično na katerem koli mestu, ki je primerno za lastnike hiš.

Naprava deluje popolnoma samostojno in ne zahteva poseganja lastnikov v proces.

Klasifikacija vertikalnih generatorjev

Med vertikalnimi napravami za zajemanje vetra obstaja nekaj konstrukcijskih razlik. Te agregatov ne delajo boljših ali slabših, temveč preprosto omogočajo izbiro najprimernejše variante za izpolnitev določenih nalog v določenem območju.

#1: Značilnosti ortogonalnih sistemov

Konstrukcijsko je ortogonalni vetrni generator sestavljen iz trdne vertikalne osi vrtenja in več vzporednih lopatic, oddaljenih od osrednje podlage za določeno razdaljo.

Naprava ne potrebuje dodatnih usmerjevalnih mehanizmov in normalno deluje ne glede na smer vetra. Vertikalno nameščena glavna gred omogoča namestitev pogonske opreme na ravni tal, kar bistveno olajša uporabo, popravila in tehnično vzdrževanje.

Podporne enote ortogonalnega generatorja nimajo zelo dolge življenjske dobe. To je posledica visokih dinamičnih obremenitev, ki jih med delovanjem povzroča rotor. Da naprava ne bi odpovedala pred časom, je treba vse podporne dele redno pregledovati in pravočasno zamenjati poškodovane z novimi.

K slabostim ortogonalnih naprav spadajo preveč masiven lopatični sistem in nizka učinkovitost v primerjavi z izkoristkom horizontalno-osnih modulov.

Najpreprostejšo vetrno turbino za napajanje nizkomočnostnih porabnikov je mogoče sestaviti iz gotovih komponent:

#2: Generatorji z rotorjem Darrieus

Vetrni generator, opremljen z Darrieusovim rotorjem, ima navpično os vrtenja in 2-3 ploščate lopatice brez značilnega aerodinamičnega profila, pritrjene na dnu in na vrhu osi vrtenja.

Agregat pri svojem delovanju ni odvisen od smeri ali jakosti vetra, ima visoko hitrost vrtenja in omogoča namestitev pogonskih naprav na tleh, kar olajša in pospeši postopek rednega vzdrževanja in morebitnega popravila.

Dvolopatni generatorski agregati z Darrieusovim rotorjem se aktivirajo le ob močnem sunku vetra. Pri enakomerno prihajajočem toku se ne morejo sami zagnati.

Nosilni in vrtljivi sklopi naprave z Darrieusovim rotorjem so občutljivi na povečane dinamične obremenitve, učinkovitost lopatičnega sistema pa v mnogih pogledih zaostaja za aksialnimi horizontalnimi napravami.

#3: Naprave z rotorjem Savonius

Vertikalna vetrna naprava s Savoniusovim rotorjem ima polcilindrični lopatični sistem in se od podobnih naprav razlikuje po visokem začetnem navoru ter zmožnosti učinkovitega delovanja pri nizkih hitrostih vetra.

Moč vertikalnih vetrnih generatorjev s Savoniusovim rotorjem, ki so na voljo na trgu, ne presega 5 kW. Naprave se redko uporabljajo kot samostojna delovna enota, pogosteje pa se uporabljajo za ustvarjanje višjega začetnega navora za Darrieusove rotorske naprave.

Vertikalnemu kompleksu s Savoniusovim rotorjem se očita povečana materialna zahtevnost in nižji izkoristek v primerjavi z vetrnimi generatorji horizontalno-osnega tipa. Prav zato se proizvodnja visokomočne opreme tega razreda šteje za neupravičeno.

S koraki izdelave Savoniusove vetrnice se boste seznanili s pomočjo naslednje fotogalerije:

Vsi deli tega modela Savoniusove vetrnice, razen generatorja z 3200 vrtljaji na minuto in 24 V, so ročno izdelani.

#4: Vetrnica z večlistnim rotorjem in usmerjevalnikom

Ta vrsta naprave je izboljšana različica klasičnega ortogonalnega vetrnega generatorja. Rotorski sklop je sestavljen iz lopatic, razporejenih v dveh vrstah.

Zunanji lopatični nivo ostaja statičen in deluje kot vodilni aparat. Zajame vetrni tok, ga ujame, stisne in na ta način znatno poveča dejansko hitrost vetra.

Notranja vrsta lopatic predstavlja premično strukturo, na katero pod določenim kotom vstopa zračni tok iz prve rotorske naprave.

Izkoristek vetrnega generatorja z večlopatničnim rotorjem in vodilnim sistemom naredi to napravo še posebej privlačno za uporabnike. Vendar so stroški takšne opreme precej visoki in se povrnejo nekoliko dlje kot pri podobnih napravah preprostejše konfiguracije.

Strokovnjaki ta tip naprave imenujejo najbolj učinkovit v svojem razredu in poudarjajo, da mu specifična konstrukcija omogoča delovanje tudi pri najnižjih hitrostih vetra.

#5: Značilnosti naprav s helikoidnim rotorjem

Helikoidna vetrna turbina ali Gorlovov generator je še ena modifikacija tradicionalne ortogonalne rotorske naprave. Lopatice modela so zavite vzdolž loka. Ta konstrukcijska posebnost omogoča hitro zajemanje zračnega toka in gladko vrtenje brez sunkov.

Tak princip delovanja bistveno zmanjšuje dinamično obremenitev na podlago in premične dele, s tem pa podaljšuje njihovo življenjsko dobo.

Naprave z rotorjem helikoidnega tipa so zelo zanesljive in zlahka prenesejo znatne obratovalne obremenitve. Vendar med delovanjem takšne vetrnice ustvarjajo izrazite zvočne učinke in proizvajajo dodatne zvočne valove, ki se nahajajo v kratkovalovnem območju zvočnega spektra.

Zavite rotorske lopatice za helikoidno vetrnico izdelujejo po zelo napredni, a zahtevni tehnologiji. Zaradi tega imajo agregati precej visoko ceno in niso široko priljubljeni med zasebnimi uporabniki.

#6: Značilnost vertikalno-osnih rotorjev

Glavna razlika vertikalno-osnega generatorja so vertikalno nameščene lopatice, ki po profilu spominjajo na letalsko krilo in katerih os je natančno vzporedna z vertikalno gredjo. Konstrukcija na nek način spominja na Darrieusov rotor, vendar se v proizvodnih pogojih izdeluje bistveno hitreje in preprosteje.

Generator z vertikalno-osnim rotorjem precej hitreje kot podobne naprave tega razreda doseže delovno hitrost in začne oddajati zahtevani energetski vir. Proces spremlja majhen zvočni učinek in ne moti niti lastnikov naprave niti sosedov.

Vetrnice z rotorjem vertikalno-osnega tipa se odlikujejo po zanesljivosti in dolgotrajnosti, zlahka prenesejo znatne obratovalne obremenitve in ne stanejo preveč denarja. Te lastnosti jih naredijo aktualne za uporabo ne le v industrijske, ampak tudi v gospodinjske namene.

Značilnosti izbire vetrnih generatorjev za zasebno hišo in pregled najboljših ponudb so predstavljene v tem članku.

Lastnoročna izdelava vetrnega generatorja

Izdelati vetrni generator z vertikalno osjo vrtenja v domačih pogojih z lastnimi rokami ni preveč zahtevno. Dovolj je, da kupite obvezne sestavne dele, jih sestavite v pravilnem vrstnem redu in modul namestite na izbrano mesto. Takoj, ko se pojavi minimalen vetrič, bo izdelek začel delovati in začel dajati lastnikom potrebno energijo.

Korak 1: Priprava sestavnih delov in materialov

Za izdelavo vertikalnega vetrnega generatorja z lastnimi rokami boste potrebovali naslednje sestavne dele:

• rotor – premični del agregata:
• lopatice – deli, ki lovijo vetrni tok;
• osna mast – za pritrditev rotorja in lopatic (lahko ima obliko dolgega stebra, piramide ali stativa);
• stator – namenjen je namestitvi tuljave s trdno bakreno žico;
• akumulator – prostorna posoda za kopičenje pridobljenega vira;
• inverter – naprava za pretvorbo enosmernega toka v izmeničnega;
• kontroler – naprava, ki zavira generator, ko agregat razvije dejansko moč, ki presega osnovne vrednosti.

Za izdelavo lopatic je primerna lahka, kakovostna ploščasta plastika z dobrim koeficientom elastičnosti. Druge vrste materialov so preveč dovzetne za različne poškodbe in deformacije ter preprosto ne bodo kos tako visokim dinamičnim obremenitvam.

Ko izdelujete napravo sami, ne pozabite, da so navpične vetrnice, izdelane ročno, po moči veliko slabše od tovarniških modelov. Zato, da pozneje ne boste razočarani nad sestavljeno konstrukcijo, jo je bolje takoj izdelati po parametrih, ki so dvakrat večji od potrebnih.

Majhne lopatice lahko izdelate iz PVC-ja srednje gostote, za velike, široke dele pa potrebujete maksimalno trden material, ki lahko prenese močan veter s hitrostjo 15 m/s in več v daljšem časovnem obdobju.

Korak 2: Predhodna priprava elementov

Za izdelavo lopatic navpičnega vetrnega generatorja iz cevi PVC visoke trdnosti izrežite 4 enake dele. Dva polkrožna fragmenta izrežite iz pločevine in ju pritrdite na vsako stran cevi. Polmer vrtenja lopatic bo v tem primeru 690 mm, višina vsake lopatice pa približno 700 mm.

Za sestavo rotorja vzamemo neodimijske magnete (6 kosov), feritne diske premera 230 mm (2 kosa) in lepilo. Na prvem disku razporedimo magnete, ki jih izmenjujemo glede na polarnost, pri čemer med njimi ohranimo kot 60 stopinj pri premeru 165 mm. Po enaki shemi naredimo drugi disk, nato pa magnete zalijemo z lepilom.

Za stator pripravimo 9 tuljav in na vsako navijemo 60 ovojev bakrene žice premera 1 mm.

Naslednje spajkanje poteka v naslednjem vrstnem redu:

• začetek 1. tuljave s koncem 4;
• začetek 4. s koncem 7. tuljave.

Drugo fazo sestavljamo po istem principu, vendar začnemo z 2. tuljavo, tretjo pa s 3. tuljavo. Iz vezanega lesa naredimo posebno obliko, dno obložimo z odrezom steklenih vlaken, na vrh pa položimo iz tuljav spajkane faze.

Konstrukcijo zalijemo z lepilom in pustimo 1-2 dni, da se vsi deli strdijo in zasedejo prava mesta. Nato nadaljujemo s povezovanjem posameznih delov v enoten delovni sistem.

Korak 3: Sestava vseh delov generatorja

Za povezovanje vseh elementov generatorja v zgornjem rotorju naredimo 4 luknje za sornike. Na nosilec s magneti navzgor položimo spodnji rotor. Nato namestimo stator, preden v njem naredimo luknje za pritrditev na nosilec.

V aluminijasto ploščo naslonimo sornike, nato pa pokrijemo z drugim rotorjem, tako da so magneti obrnjeni navzdol.

Postopek sestavljanja delov izvajajo pozorno in brez hitenja. Rotorja obvezno poravnata drug glede na drugega, da v konstrukciji ne nastane zračnost (+).

Sornike izmenično vrtijo s ključem, da se zgornji rotor spušča na spodnjega enakomerno in brez sunkov. Ko zasede svoje mesto, sornike odvijejo in odstranijo aluminijaste plošče. Na koncu celotno konstrukcijo pritrdijo z maticami in jih zategnejo natančno, vendar ne premočno, da ne poškodujejo navoja.

Korak 4: Končna namestitev opreme

Za jambor vzamejo trdno kovinsko cev dolžine 4–5 metrov in nanjo pritrdijo že ročno sestavljen generator. Nato pritrdijo okvir s plastičnimi lopaticami na generator in postavijo jamborno konstrukcijo na vnaprej pripravljeno mesto s tripointnim armiranim temeljem.

Dodatno položaj sistema fiksirajo z zateznim kablom.

Pri izvajanju montaže vetrne naprave je treba jambor vzeti čim daljši. Nujno mora dvigniti rotor nad najvišjo stavbo na zemljišču. Le tako bo konstrukcija lahko učinkovito delovala in zagotavljala potrebno količino vira.

Električno omrežje priključijo na vetrnik v določenem zaporedju. Krmilnik sprejema vir iz generatorja in pretvarja izmenični tok v enosmernega, potrebnega za polnjenje baterije. Lahko sami sestavite krmilnik po poenostavljeni shemi.

Akumulator shranjuje sproščeno energijo, inverter pa pretvarja enosmerni tok v izmeničnega, ki napaja večino gospodinjskih aparatov in domačih servisnih sistemov.

Na naši spletni strani je zbirka člankov o samodelni izdelavi vetrnih generatorjev različnih vrst.

Priporočamo vam, da si ogledate:

1. Vetrogenerator iz pralnega stroja z lastnimi rokami: navodila za sestavo vetrnice
2. Vetrogenerator iz avtomobilskega generatorja z lastnimi rokami: tehnologija sestavljanja vetrnice in analiza napak
3. Kako sami izdelati vetrni generator: naprava, princip delovanja + najboljši domači izdelki

Še eno zanimivo možnost izdelave vertikalnega vetrnika lahko sestavite iz odpadnih materialov, pri čemer za nakup dodatnih komponent ne porabite več kot 2,5 €. Samostojni mojstri bodo potrebovali kolesarsko kolo, še 12 kolesarskih naper, os zadnjega kolesa s tremi maticami, jekleni trak, 11 aluminijastih plošč.

Potrebnih bo še 150 zakovic, vijaki M4 z maticami v količini 18 kosov, vijaki M6 z maticami v količini 3 kosi, 27 večjih podložk in 24 majhnih.

Naslednja galerija bo na kratko prikazala faze sestavljanja:

Naslednji video navodila bo podrobno prikazal vse korake:

Izbira lokacije za vetrni generator

Pravilna izbira mesta za namestitev vetrnice je pomembna faza. Napravo je najbolje postaviti na odprto, čim višjo točko in skrbno pazite, da ni nižje od ravni sosednjih stanovanjskih in gospodarskih poslopij. V nasprotnem primeru bodo stavbe ovirale pretok zraka in izkoristek naprave se bo močno zmanjšal.

Če se parcela približuje reki ali jezeru, vetrnico namestite na obali, kjer vetrovi pihajo še posebej pogosto. Za postavitev generatorja so odlične vzpetine na območju ali velika prazna območja, na katerih ni umetnih ali naravnih ovir za pretok zraka.

Ko se stanovanjska nepremičnina (hiša, vila, stanovanje itd.) nahaja znotraj mestnega območja ali zunaj mesta, vendar na gosto pozidanih območjih, se vetrni energetski sistem namesti na streho.

Za namestitev generatorja na strehi večstanovanjske stavbe pridobite pisno soglasje sosedov in uradno dovoljenje ustreznih organov.

Pri nameščanju vertikalnega generatorja na streho večstanovanjske stavbe je treba upoštevati, da naprava deluje precej glasno in lahko povzroča nevšečnosti tako lastnikom kot drugim stanovalcem. Zato je treba napravo postaviti bližje središču strehe, da lastniki stanovanj v zgornjih nadstropjih ne trpijo zaradi glasnega brnenja, ki ga vetrnica oddaja med delovanjem.

V zasebni hiši z velikim vrtom je izbrati primerno mesto veliko lažje. Glavno je upoštevati, da je konstrukcija oddaljena 15–25 metrov od bivalnih prostorov. Potem zvočni učinki vrtečih se lopatic ne bodo motili nikogar.

Vzdrževanje vertikalne naprave

Da bi vetrni vertikalni generator deloval kakovostno, natančno in kar najbolj učinkovito, je treba vsa gibljiva dela konstrukcije redno mazati. Tak postopek se izvaja najmanj dvakrat v koledarskem letu.

Vzporedno med vzdrževanjem privijejo zrahljane matice (ki so se zaradi uporabe zrahljale), okrepijo električne povezave, preverijo mehanske sklope glede korozijskih pojavov, zategnejo popuščena napenjalna kabla in pozorno pregledajo lopatice glede raztrganin ali poškodb.

Pozimi vertikalne naprave potrebujejo posebno nego. V času zmrzali se lopatice prekrijejo s plastjo ledu in jo je treba pravočasno očistiti, da hitrost navora ostane na ustrezni ravni.

Barvanje delov se izvaja po potrebi in enkrat letno se opravi popoln pregled celotne konstrukcije glede morebitnih napak. Takšna nega zagotavlja pravilno delovanje vetrne naprave in podaljšuje njeno življenjsko dobo.

Ocena smotrnosti namestitve

Preden se lotimo izdelave vetrnega generatorja vertikalnega tipa, preučimo meteorološke razmere v svoji regiji in poskušamo ugotoviti, ali bo naprava lahko zagotovila potrebno količino energije.

Strokovnjaki priporočajo oceno naslednjih parametrov:

• število vetrovnih dni  – vzamejo povprečno vrednost v letu, ko sunek presega 3 m/s;
• količina električne energije, ki jo gospodinjstvo porabi na dan;
• primerno mesto na lastni parceli za vetrno opremo.

Prvi podatek izvedo iz podatkov, pridobljenih na najbližji meteorološki postaji ali najdenih na internetu na ustreznih portalih. Dodatno se uskladijo s tiskanimi geografskimi publikacijami in sestavijo popolno sliko o vetrnih razmerah v svoji regiji.

Statistike ne jemljejo za eno leto, ampak za 15–20 let; šele takrat bodo povprečne številke maksimalno korektne in bodo pokazale, ali lahko generator popolnoma zadovolji potrebo gospodinjstva po električni energiji ali bo njegova moč zadostovala le za napajanje posameznih gospodinjskih potreb.

Če ima lastnik na voljo veliko zemljišče, ki se nahaja na pobočju, ob rečnem bregu ali na odprtem prostoru, pri namestitvi ne bo težav.

Kadar pa se hiša nahaja v notranjosti naselja, dvorišče pa ima kompaktne dimenzije in tesno meji na sosednje objekte, bo namestitev vertikalnega modela vetrnice z lastnimi rokami težavna. Konstrukcijo bo treba dvigniti 3–5 m nad tlemi in jo dodatno okrepiti, da ob močnem sunku ne bi padla.

Vse te informacije je treba upoštevati v fazi načrtovanja, da postane jasno, ali lahko vetrni generator prevzame popolno oskrbo z energijo ali bo njegova vloga ostala v okviru pomožnega vira energije. Predhodno je priporočljivo opraviti izračun vetrnice.

Zaključki in koristen video na to temo

Video št. 1 bo prikazal, kako z lastnimi rokami doma izdelati vertikalni generator vetrnega tipa z rotorjem sistema Darrieus. V videu so nazorno predstavljene značilnosti in zanimive podrobnosti postopka sestavljanja. Podana je določitev največje moči izdelanega agregata:

Kako deluje vertikalni vetrni generator in v kakšnem obsegu oddaja energijo, bo pokazal video št. 2. V njem je podan podroben pregled modula in opis dela za pravilno izvajanje meritev dejanske moči in drugih parametrov:

V videu št. 3 je predstavljeno testiranje doma izdelanega vetrnega generatorja vertikalnega tipa. Česa je zmožna naprava, izdelana z lastnimi rokami iz dostopnih materialov:

Tako sodoben in praktičen vir alternativne energije, kot so vertikalne vetrnice, je mogoče z lastnimi rokami sestaviti brez težav. Ob ustreznih izkušnjah z gospodinjskimi deli je mogoče izdelati vsak del, nato pa vse komponente povezati v enotno, celovito konstrukcijo.

Če si ne želite zapletati naloge, je povsem primerno kupiti že pripravljene komponente in doma, brez hitenja in vznemirjanja, sestaviti zanesljiv vetrni agregat, ki lahko zagotavlja neprekinjeno dobavo električne energije v bivalni prostor.

Kadar pa niste stoodstotno prepričani v svoje sposobnosti, je bolje delo zaupati strokovnjakom. Oni bodo vse naredili zelo hitro in v popolnem skladu z osnovnimi obratovalnimi zahtevami.

Imate izkušnje z gradnjo in uporabo vetrnega generatorja? Prosimo, delite informacije z našimi bralci, predlagajte svoj način sestavljanja agregata. Komentarje in fotografije domačih izdelkov lahko pustite v spodnjem obrazcu.