Kako izraditi lopatice za vjetrogenerator vlastitim rukama: primjeri samostalne izrade lopatica za vjetrenjaču

Korištenje alternativnih izvora energije jedan je od glavnih trendova našeg vremena. Čista i pristupačna energija vjetra može se pretvoriti u električnu energiju čak i u vašem domu, ako izgradite vjetrenjaču i spojite je s generatorom.

Lopatice za vjetrogenerator možete izraditi vlastitim rukama od uobičajenih materijala, bez upotrebe posebne opreme. Reći ćemo vam koji je oblik lopatica učinkovitiji i pomoći vam odabrati odgovarajući crtež za vjetroelektranu.

Kako radi jednostavan vjetrogenerator?

Vjetrogenerator je uređaj koji omogućuje pretvaranje energije vjetra u električnu energiju.

Načelo njegova rada sastoji se u tome da vjetar okreće lopatice, pokreće osovinu, putem koje se rotacija prenosi na generator preko reduktora koji povećava brzinu.

Rad vjetroelektrane procjenjuje se prema KIEV-u – koeficijentu iskorištenja energije vjetra. Kada se vjetrokolo brzo okreće, ono stupa u interakciju s većom količinom vjetra, što znači da od njega preuzima veću količinu energije

Dijele se dvije osnovne vrste vjetrogeneratora:

• vertikalne;
• horizontalne.

Vertikalno orijentirani modeli izgrađeni su tako da os propelera bude smještena okomito na tlo. Na taj način, svako kretanje zračnih masa, bez obzira na smjer, pokreće konstrukciju.

Takva svestranost je prednost ove vrste vjetrenjača, ali one gube od horizontalnih modela u produktivnosti i učinkovitosti rada

Horizontalni vjetrogenerator podsjeća na vjetrokaz. Da bi se lopatice okretale, konstrukcija mora biti okrenuta u potrebnom smjeru, ovisno o smjeru kretanja zraka.

Za kontrolu i praćenje promjena smjera vjetra ugrađuju se posebni instrumenti. Učinkovitost (KPD) kod takvog položaja vijka značajno je veća nego kod vertikalne orijentacije. U kućanstvu je racionalnije koristiti vjetrogeneratore ovog tipa.

Koji oblik lopatice je optimalan?

Jedan od glavnih elemenata vjetrogeneratora je set lopatica.

Postoji niz čimbenika povezanih s tim dijelovima koji utječu na učinkovitost vjetrenjače:

• težina;
• veličina;
• oblik;
• materijal;
• količina.

Ako ste odlučili konstruirati lopatice za domaću vjetrenjaču, svakako morate uzeti u obzir sve ove parametre. Neki smatraju da što je više krila na vijku generatora, to se više energije vjetra može dobiti. Drugim riječima, što više, to bolje.

Međutim, to je daleko od istine. Svaki pojedini dio kreće se svladavajući otpor zraka. Dakle, veliki broj lopatica na vijku zahtijeva veću snagu vjetra za jedan okretaj.

Osim toga, previše širokih krila može uzrokovati stvaranje takozvane 'zračne kape' ispred vijka, kada zračna struja ne prolazi kroz vjetrenjaču, već je obilazi.

Oblik je vrlo važan. O njemu ovisi brzina vrtnje propelera. Loše strujanje uzrokuje vrtloge koji usporavaju vjetroturbinu.

Najučinkovitiji je jednokraki vjetrogenerator. No, izgraditi i uravnotežiti ga vlastitim rukama vrlo je teško. Konstrukcija je nepouzdana, iako ima visok koeficijent korisnog djelovanja. Prema iskustvu mnogih korisnika i proizvođača vjetrenjača, najoptimalniji model je trokraki.

Težina lopatice ovisi o njezinoj veličini i materijalu od kojeg će biti izrađena. Veličinu treba pažljivo odabrati, vodeći se formulama za izračun. Rubove je najbolje obraditi tako da s jedne strane imaju zaobljenje, a suprotna strana bude oštra.

Pravilno odabran oblik lopatice za vjetrogenerator temelj je njegova dobrog rada.

Za kućnu izradu prikladne su sljedeće mogućnosti:

• tipa jedra;
• tipa krilnog profila.

Lopatice tipa jedra predstavljaju jednostavne široke trake, kao na vjetrenjači. Taj je model najočitiji i najjednostavniji za izradu. Međutim, njegov je koeficijent korisnog djelovanja toliko nizak da se ovaj oblik praktički ne koristi u modernim vjetrogeneratorima. Koeficijent korisnog djelovanja u ovom slučaju iznosi oko 10-12%.

Daleko učinkovitiji oblik su lopatice krilnog profila. Ovdje su primijenjena načela aerodinamike koja podižu u zrak goleme zrakoplove. Vijak takvog oblika lakše se pokreće i brže se okreće. Strujanje zraka znatno smanjuje otpor koji vjetrenjača susreće na svom putu.

Ispravan profil trebao bi nalikovati krilu zrakoplova. S jedne strane lopatica ima zadebljanje, a s druge – blagi spust. Zračne mase struje oko dijela takvog oblika vrlo glatko.

Koeficijent korisnog djelovanja ovog modela doseže 30-35%. Dobra vijest je da se lopatica krilnog profila može izgraditi vlastitim rukama uz minimalnu upotrebu alata. Svi osnovni izračuni i nacrti lako se mogu prilagoditi vlastitoj vjetrenjači i koristiti besplatnu i čistu energiju vjetra bez ograničenja.

Od čega se izrađuju lopatice u kućnim uvjetima?

Materijali koji su prikladni za izgradnju vjetrogeneratora su prije svega plastika, lagani metali, drvo i moderno rješenje – stakloplastika. Glavno pitanje je koliko truda i vremena ste spremni uložiti u izradu vjetrenjače.

Kanalizacijske cijevi od polivinilklorida

Najpopularniji i najrašireniji materijal za izradu plastičnih lopatica za vjetrogenerator je obična PVC kanalska cijev. Za većinu kućnih generatora s promjerom propelera do 2 m dovoljna je cijev od 160 mm.

Prednosti ove metode uključuju:

• nisku cijenu;
• dostupnost u svakoj regiji;
• jednostavnost rada;
• velik broj shema i crteža na internetu, veliko iskustvo u korištenju.

Cijevi su različite. To nije poznato samo onima koji izrađuju domaće vjetroelektrane, već i svima koji su se susreli s montažom kanalizacije ili vodovoda. Razlikuju se po debljini, sastavu, proizvođaču. Cijev nije skupa, stoga ne treba pokušavati dodatno pojeftiniti svoju vjetrenjaču štednjom na PVC cijevima.

Nekvalitetan materijal plastičnih cijevi može dovesti do toga da lopatice puknu već pri prvom ispitivanju i sav rad bude uzaludan.

Prvo se treba odlučiti za predložak. Postoji mnogo varijanti, svaki oblik ima svoje nedostatke i prednosti. Možda ima smisla prvo eksperimentirati prije nego što izrežete konačnu verziju.

Budući da je cijena cijevi niska, a mogu se naći u bilo kojoj građevinskoj trgovini, ovaj materijal je odličan za prve korake u modeliranju lopatica. Ako nešto pođe po zlu, uvijek se može kupiti još jedna cijev i pokušati ispočetka, novčanik neće previše patiti od takvih eksperimenata.

Iskusni korisnici energije vjetra primijetili su da je za izradu lopatica za vjetrogenerator bolje koristiti narančaste, a ne sive cijevi. One bolje drže oblik, ne savijaju se nakon formiranja krila i duže traju.

Ljubitelji konstruktori preferiraju PVC, jer se tijekom ispitivanja slomljena lopatica može zamijeniti novom, izrađenom za 15 minuta na licu mjesta uz odgovarajući predložak. Jednostavno i brzo, a glavno – dostupno.

Fotouputa za izradu lopatica vjetrenjače od polimernih cijevi pomoći će vam da vizualno savladate korake i slijed procesa:

Svi pripremni koraci su obavljeni, sada je potrebno pričvrstiti lopatice na dio koji se okreće vjetrom:

Aluminij – tanak, lagan i skup

Aluminij je lagan i čvrst metal. Tradicionalno se koristi za izradu lopatica za vjetrogeneratore. Zahvaljujući maloj težini, ako se ploči da odgovarajući oblik, aerodinamička svojstva propelera bit će vrhunska.

Glavna opterećenja koja vjetrenjača trpi tijekom vrtnje usmjerena su na savijanje i pucanje lopatice. Ako plastika pri takvom radu brzo pukne i otkaže, na aluminijski propeler možete računati mnogo duže.

Međutim, ako usporedimo aluminij i PVC cijevi, metalne ploče će i dalje biti teže. Pri velikoj brzini vrtnje postoji veliki rizik da se ne ošteti sama lopatica, već propeler na mjestu pričvršćenja.

Još jedan nedostatak aluminijskih dijelova je složenost izrade. Ako PVC cijev ima krivinu koja će se koristiti za davanje aerodinamičkih svojstava lopatice, aluminij se obično uzima u obliku lima.

Nakon izrezivanja dijela prema šabloni, što je samo po sebi mnogo složenije od rada s plastikom, dobiveni sirovac još treba valjati i dati mu pravilan savij. U kućnim uvjetima i bez alata to neće biti tako jednostavno.

Umjesto skupog aluminija možete koristiti ostatke krovnog lima ili komade profiliranog lima koji su ostali nakon postavljanja:

Stakloplastika ili stakleno vlakno – za profesionalce

Ako ste odlučili pristupiti pitanju izrade lopatice svjesno i spremni ste potrošiti mnogo snage i živaca, odgovarat će stakloplastika. Ako se ranije niste bavili vjetrogeneratorima, započeti upoznavanje s modeliranjem vjetrenjače od staklene tkanine nije najbolja ideja. Ipak, ovaj proces zahtijeva iskustvo i praktične vještine.

Lopatica od više slojeva staklene tkanine, spojenih epoksidnim ljepilom, bit će čvrsta, lagana i pouzdana. Kod velike površine dio postaje šuplji i gotovo bestežinski.

Za izradu se uzima staklena tkanina – tanak i čvrst materijal koji se proizvodi u rolama. Osim stakloplastike, poslužit će epoksidno ljepilo za učvršćivanje slojeva.

Rad započinju izradom matrice. To je predložak koji predstavlja kalup za budući dio.

Matrica može biti izrađena od drva: grede, daske ili trupca. Izravno iz punog drveta izrezuju voluminozni oblik polovice lopatice. Još jedan je kalup od plastike.

Izraditi matricu samostalno vrlo je teško, potrebno je imati pred očima gotov model lopatice od drva ili drugog materijala, a tek onda po tom modelu izrezuju matricu za dio. Takvih matrica potrebno je najmanje 2. S druge strane, napravivši jednom uspješan kalup, može se koristiti višekratno i izgraditi na taj način više od jedne vjetrenjače.

Dno kalupa temeljito se namaže voskom. To se radi kako bi se gotova lopatica mogla lako izvaditi naknadno. Postavlja se sloj stakloplastike, premazuje epoksidnim ljepilom. Proces se ponavlja nekoliko puta dok obradak ne dosegne potrebnu debljinu.

Zatim se ljepilo mora osušiti. Neki preporučuju staviti kalup u vakuumsku vrećicu i isisati zrak. Tako ljepilo bolje prodire u sve slojeve staklene tkanine, ne ostavljajući neprožeta područja.

Kada se epoksidno ljepilo osuši, polovicu dijela pažljivo izvade iz matrice. Isto čine s drugom polovicom. Dijelove lijepe međusobno kako bi se dobio šuplji, voluminozni dio. Lagana, čvrsta, ispravnog aerodinamičkog oblika lopatica od stakloplastike – vrhunac majstorstva kućnog ljubitelja vjetroelektrana.

Njezin glavni nedostatak – složenost realizacije zamisli i velika količina škarta u početku, dok se ne dobije idealna matrica i dok se algoritam izrade ne usavrši.

Jeftino i ljutito: drveni dio za vjetrokolo

Drvena lopatica – djedovska metoda koja je lako izvediva, ali neučinkovita pri današnjoj razini potrošnje električne energije. Dio se može napraviti od cijele daske lakih vrsta drva, na primjer, bora. Važno je odabrati dobro osušenu drvenu pripremku.

Ako je drvo vlažno, tijekom sušenja vijak se može “iskriviti” i deformirati. Osim toga, težina vlažnog drva znatno je veća od suhog.

Treba odabrati odgovarajući oblik, ali uzeti u obzir činjenicu da drvena lopatica neće biti tanka ploča poput aluminijske ili plastične, već prostorna konstrukcija. Stoga nije dovoljno samo dati oblik sirovcu; potrebno je razumjeti načela aerodinamike i zamisliti konture lopatice u sve tri dimenzije.

Konačni oblik drvu dat će se blanjalicom, po mogućnosti električnom. Radi trajnosti, drvo se tretira antiseptičkim zaštitnim lakom ili bojom.

Glavni nedostatak takve konstrukcije je velika težina vijka. Da bi se ova golema naprava pomaknula s mjesta, vjetar mora biti dovoljno jak, što je u načelu teško izvedivo. Međutim, drvo je pristupačan materijal. Daske prikladne za izradu vijka vjetrogeneratora mogu se pronaći izravno u vlastitom dvorištu, a da se ne potroši ni kune. I to je glavna prednost drva u ovom slučaju.

Učinkovitost drvene lopatice teži nuli. U pravilu, vrijeme i trud utrošeni na izradu takvog vjetrogeneratora ne vrijede dobivenog rezultata izraženog u vatima. Međutim, kao obrazovni model ili probni primjerak, drveni dio itekako ima smisla. Osim toga, vjetrulja s drvenim lopaticama efektno izgleda na parceli.

Sljedeći izbor fotografija upoznat će vas s koracima izrade vjetrogeneratora s lopaticama izrezanim od šperploče:

Radni dio je spreman i provjeren za rad, što znači da ga samo treba obojiti i pričvrstiti na jarbol:

Crteži i primjeri lopatica

Napraviti ispravan proračun propelera vjetrogeneratora, ne znajući osnovne parametre koji su prikazani u formuli, a također nemajući pojma kako ti parametri utječu na rad vjetrenjače, vrlo je teško.

Bolje ne trošiti svoje vrijeme ako nema želje za udubljivanjem u osnove aerodinamike. Gotovi crteži-sheme sa zadanim pokazateljima pomoći će odabrati odgovarajuću lopaticu za vjetroelektranu.

Crtež lopatice za dvokraki propeler. Izrađuje se od kanalizacijske cijevi promjera 110 mm. Promjer propelera vjetrenjače u ovim proračunima je 1 m.

Sličan mali vjetrogenerator neće vas moći opskrbiti velikom snagom. Najvjerojatnije iz ove konstrukcije teško da ćete moći izvući više od 50 W. Međutim, dvokraki propeler od lagane i tanke PVC-cijevi dat će veliku brzinu vrtnje i osigurati rad vjetrenjače čak i pri slabom vjetru.

Crtež lopatice za trokraki propeler vjetrogeneratora od cijevi promjera 160 mm. Računska brzohodnost u ovoj varijanti je 5 pri vjetru od 5 m/s.

TroKraki propeler takvog oblika može se koristiti za snažnije agregate, otprilike 150 W pri 12 V. Promjer cijelog propelera u ovom modelu doseže 1,5 m. Vjetrokolo će se okretati brzo i lako pokretati. Vjetrenjača s tri krila najčešće se susreće u kućnim elektranama.

Crtež domaće lopatice za 5-kraki propeler vjetrogeneratora. Izrađuje se od PVC cijevi promjera 160 mm. Računska brzohodnost – 4.

Takav peterokraki propeler može proizvesti do 225 okretaja u minuti pri izračunatoj brzini vjetra od 5 m/s. Da biste izgradili lopaticu prema predloženim nacrtima, potrebno je prenijeti koordinate svake točke iz stupaca "Koordinate predloška prednja/stražnja" na površinu plastične kanalizacijske cijevi.

Pomoću donje tablice možete izračunati promjer vjetroturbine s 2-16 lopatica. Pritom možete odabrati veličinu s obzirom na željenu izlaznu snagu.

Iz tablice je vidljivo da što je više lopatica na vjetrogeneratoru, to njihova duljina mora biti manja za dobivanje struje iste snage.

Kako praksa pokazuje, održavanje vjetrogeneratora promjera većeg od 2 metra prilično je složeno. Ako vam je prema tablici potrebna vjetroturbina veće veličine, razmislite o povećanju broja lopatica.

S pravilima i načelima proračuna vjetrogeneratora upoznat će vas članak u kojem je korak po korak izložen postupak izvođenja izračuna.

Izvođenje balansiranja vjetrenjače

Balansiranje lopatica vjetrogeneratora pomoći će učiniti njegov rad maksimalno učinkovitim. Za provedbu balansiranja potrebno je pronaći prostoriju u kojoj nema vjetra ili propuha. Naravno, za vjetro kolo promjera većeg od 2 metra bit će teško pronaći takvu prostoriju.

Lopatice se sastavljaju u gotovu konstrukciju i postavljaju u radni položaj. Osovina mora biti postavljena strogo vodoravno, prema razini. Ravnina u kojoj će se propeler okretati mora biti postavljena strogo okomito, okomito na osovinu i razinu tla.

Propeler koji se ne kreće potrebno je okrenuti za 360/x stupnjeva, gdje je x = broj lopatica. U idealnom slučaju, uravnotežena vjetroturbina neće odstupiti ni za 1 stupanj, već će ostati nepomična. Ako se lopatica okrene pod vlastitom težinom, treba je malo popraviti, smanjiti težinu s jedne strane i ukloniti odstupanje od osi.

Postupak se ponavlja sve dok propeler ne bude apsolutno nepomičan u bilo kojem položaju. Važno je da tijekom balansiranja nema vjetra. To može iskriviti rezultate ispitivanja.

Također je važno provjeriti da se svi dijelovi okreću strogo u istoj ravnini. Za provjeru se na udaljenosti od 2 mm s obje strane jedne od lopatica postavljaju kontrolne pločice. Tijekom kretanja nijedan dio propelera ne smije dodirnuti pločicu.

Za rad vjetrogeneratora s izrađenim lopaticama bit će potrebno sastaviti sustav koji akumulira dobivenu energiju, pohranjuje je i prenosi potrošaču. Jedan od komponenata sustava je kontroler. O tome kako napraviti kontroler za vjetroturbinu saznat ćete upoznavši se s člankom koji preporučujemo.

Zaključci i koristan video na temu

Moguće je izgraditi vjetrogenerator vlastitim rukama od dostupnih materijala. Ako krenete s jednostavnijim modelima, prvi pokušaj vjerojatno će biti uspješan. S iskustvom se prihvatite složenijih projekata kako biste dobili što učinkovitiji i snažniji vjetrogenerator.

Video #1. Kako napraviti vjetrogenerator od PVC cijevi:

Video #2. Vjetrogenerator vlastitim rukama:

Video #3. Vjetrogenerator od pocinčanog čelika:

Ako želite koristiti čistu i sigurnu energiju vjetra za kućne potrebe i ne planirate potrošiti ogroman novac na kupnju skupe opreme, samostalno izrađene lopatice od običnih materijala bit će prikladna ideja. Ne bojte se eksperimenata i uspjet ćete dodatno usavršiti postojeće modele vijaka vjetrogeneratora.

Želite li ispričati kako ste vlastoručno izradili lopatice za vjetrogenerator koji opskrbljuje vikendicu električnom energijom? Želite li podijeliti korisne informacije s posjetiteljima stranice ili postaviti pitanje? Pišite, molim Vas, komentare u bloku ispod.