Generatore Eolico Fai-da-te: Come Realizzare Un Generatore Eolico Fatto In Casa Da Una Lavatrice, Da Bottiglie Di Plastica E Da Un Motore A Ruota

2024 Autore: Beatrice Philips | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 05:45

Un generatore eolico per la generazione di elettricità è una fonte di elettricità insostituibile dove non c'è molta luce solare, non ci sono fiumi nelle vicinanze e non ci sono reti elettriche centralizzate.

Caratteristiche del progetto

Il principio di funzionamento di un generatore eolico è la conversione dell'energia eolica in energia elettrica.

In altri tipi di generatori elettrici, il flusso dell'acqua nel fiume, la forza delle maree oceaniche e delle maree di riflusso vengono utilizzati come fonte di energia meccanica (cinetica).

Nei sistemi in cui è necessaria energia termica per generare elettricità, utilizzano:

• un motore funzionante a gas, benzina o gasolio;
• rilascio di calore da piastre e blocchi di un reattore nucleare, il cui calore viene utilizzato per convertire l'acqua in vapore - in una turbina a vapore;
• vari tipi di combustibile bruciato in un impianto di cogenerazione, sostituendo il calore, il calore di un reattore nucleare.

I pannelli solari si distinguono, dove la luce viene utilizzata come fonte di energia e non il calore o l'energia meccanica.

Ma torniamo alle "turbine eoliche", il cui principio di funzionamento è il seguente . La forza del vento fa ruotare l'elica, che aziona l'albero del motogeneratore. Insieme all'albero, il rotore del motore, su cui sono installati i magneti permanenti, ruota in modo sincrono. Il campo magnetico, passando attraverso l'avvolgimento dello statore, induce in esso una corrente alternata a causa di una variazione della forza del flusso magnetico che passa attraverso le spire delle bobine, da cui è assemblato l'avvolgimento. Una tensione elettrica alternata viene alimentata a un circuito elettronico, dove viene convertita in tensione continua. Numerosi dispositivi e dispositivi che lo richiedono funzionano a corrente continua.

Chiunque può realizzare un generatore per cottage estivi o condizioni di campo che generi corrente alternata con una tensione di 220 V . Più imponenti sono le dimensioni della struttura, maggiore sarà l'efficienza del rinculo ricevuta da un particolare utente. Non è un problema realizzare un generatore che generi uno o più kilowatt di elettricità all'ora. L'elettricità ricevuta da un tale impianto è in grado di alimentare quasi tutti gli apparecchi elettrici della casa, comprese le attrezzature da giardinaggio.

Il generatore eolico è installato il più in alto possibile, a livello del colmo del tetto. Lì, la forza del vento raggiunge i valori massimi indicati nelle previsioni del tempo.

L'installazione ricorda da remoto una banderuola con un'elica, grazie alla quale questa struttura gira dove soffia il vento. Questo è necessario per massimizzare l'uso della sua forza, velocità.

L'elica orizzontale è ruotata da un gambo situato nella parte posteriore dell'unità . Il gambo verticale non è necessario: le sue pale sono posizionate in modo tale che l'elica stessa inizi per quasi mezzo giro, indipendentemente dal lato da cui soffia il vento.

Affinché una turbina eolica funzioni alla massima efficienza, è necessaria una velocità di 3000 giri/min o più . Per i generatori che producono corrente alternata, questa frequenza corrisponde al valore di 50 hertz, tipico delle centrali elettriche industriali domestiche. Dopo aver fatto girare un motogeneratore del peso di circa 10 kg, non è un problema ottenere 2 kW ogni ora.

Di cosa si può fare?

L'elemento principale di qualsiasi modello di parco eolico è un generatore a motore. Funziona come un motore: la corrente continua o alternata fa girare il rotore (e con esso l'albero). È anche possibile lavorare al contrario, come un generatore.

Tra i motori utilizzati come generatori ci sono motori brushed, brushless asincroni e stepper . Sono questi tre tipi di motori che sono popolari tra i dilettanti che assemblano le turbine eoliche con le proprie mani.

In un motore del collettore, gli avvolgimenti del rotore (indotti) si trovano in un campo magnetico costante di magneti dello statore . La tensione costante rimossa dai terminali di un tale motore quando il suo albero con l'armatura non è attorcigliato viene trasmessa dai contatti portatori di corrente dell'armatura attraverso le spazzole. I pennelli stessi sono il punto debole di un tale motore: esauriscono rapidamente le loro risorse. Di norma, un tale generatore è sotto carico costante, quando l'armatura si muove, le spazzole scintillano. Diversi giorni di funzionamento continuo di tale installazione possono consumare completamente le spazzole, per cui queste ultime dovranno essere sostituite.

L'uso di motori a spazzole come generatore con un carico attivo costante è poco pratico.

L'opzione migliore è il motore brushless . In esso, un rotore con magneti ruota nello spazio tra gli avvolgimenti dello statore. Gli avvolgimenti stessi rimangono fermi, non necessitano di contatti striscianti. Grazie a una soluzione così semplice, l'impianto può funzionare per decenni: è importante solo una volta a stagione o ogni sei mesi lubrificare i cuscinetti del motore, che sono responsabili della rotazione perfetta e senza gioco del rotore. Le soluzioni popolari basate su un motore brushless - asincrono o passo-passo - sono disponibili per quasi tutti i "fai da te" domestici.

Un motore asincrono viene utilizzato negli utensili elettrici, ad esempio in una rettificatrice . Lo stepper può essere trovato in un'ampia varietà di dispositivi, dalla ruota del motore di una bicicletta all'azionamento meccanico di una stampante o un'unità disco.

Il motore a spazzola variabile utilizzato in martelli perforatori, smerigliatrici, cacciaviti, seghetti alternativi e pialle elettriche si distingue . Il loro svantaggio è la necessità di rimuovere le spazzole e il foro del rotore per i magneti al neodimio. Di conseguenza, dagli avvolgimenti attivi rimane solo l'avvolgimento dello statore: l'avvolgimento del rotore viene completamente rimosso.

L'elica di una turbina eolica può essere realizzata con tubi di fognatura in plastica, bottiglie in PET e materiali riciclabili simili. Più leggero e forte è, minore sarà la forza del vento necessaria per svolgerlo.

Un generatore eolico realizzato con una ventola richiederà un foro del rotore per i magneti al neodimio . Il design del motore del ventilatore domestico non è progettato per ricevere corrente elettrica facendo girare il rotore. Un dispositivo di raffreddamento del computer (chip cooler) - una ventola dell'unità di sistema di un PC o laptop - rientra nella stessa alterazione.

Un generatore di trattore o auto utilizza un avvolgimento di campo aggiuntivo, che è alimentato dalla batteria della macchina stessa . Affinché il generatore produca, ad esempio, una corrente alternata di 135 ampere con una tensione di 15 volt, l'avvolgimento di eccitazione del rotore dopo aver acceso l'accensione consuma una corrente continua di 3 ampere con una tensione di 12, 6-14 V La principale fonte di energia per il generatore è ancora l'albero motore di un motore a combustione interna funzionante a benzina, diesel o metano/propano. Un generatore di trattore o auto richiederà invece la rimozione dell'avvolgimento di campo e l'installazione di magneti al neodimio.

Cosa è richiesto?

L'opzione più comune è utilizzare un motore di lavatrice per un generatore fatto in casa . Se la vecchia "lavatrice" non è disponibile, puoi trovare un motore del genere nei rigattieri del mercato domestico, nel centro di assistenza per elettrodomestici più vicino o in un negozio specializzato. Non è un problema ordinare un motore del genere dalla Cina.

Fondamentalmente, nelle lavatrici, viene utilizzato un motore asincrono brushless.

Sia quelli nuovi che quelli usati funzioneranno a lungo. 200 watt di potenza possono essere facilmente convertiti in kilowatt o più.

Materiali (modifica)

Per assemblare il generatore, oltre al motore, sono necessari:

• magneti al neodimio nelle dimensioni 20, 10 e 5 mm (32 in totale);
• diodi raddrizzatori o ponte a diodi con una corrente di decine di ampere (osservare la regola di una doppia riserva di carica);
• adesivo epossidico;
• saldatura a freddo;
• carta vetrata;
• stagno dal lato di un barattolo di latta.

I magneti vengono ordinati online dalla Cina.

Strumenti

I seguenti strumenti accelereranno il processo di produzione:

• tornio;
• forbici;
• cacciavite con ugelli;
• pinze.

In assenza di un tornio, contatta un amico che sappia lavorare su un tale tornio.

Schemi e disegni

Il generatore come dispositivo genera corrente alternata, che deve essere convertita in corrente continua, portata al valore di tensione richiesto. Se un motogeneratore produce, ad esempio, 40 volt, è improbabile che questo sia un valore adatto per la maggior parte dell'elettronica di consumo che utilizza 5 o 12 volt CC o 127/220 volt CA.

Lo schema dell'intera installazione, comprovato dal tempo e da milioni di utenti, include un raddrizzatore, un controller, una batteria e un inverter . Una batteria per auto con una capacità di 55-300 amperora viene utilizzata come accumulo tampone dell'energia immagazzinata. La sua tensione di funzionamento è 10, 9-14, 4 V con carica ciclica (ciclo di carica-scarica completo) e 12, 6-13, 65 con tampone (porzionata, dosata, quando è necessario ricaricare una batteria parzialmente scarica).

Il controller converte, ad esempio, gli stessi 40 volt in 15. La sua efficienza in volt-amperaggio varia dall'80 al 95%, escluse le perdite sul raddrizzatore.

Il generatore trifase ha la massima efficienza . - la sua resa è del 50% superiore a quella di un monofase, non vibra durante il funzionamento (la vibrazione allenta la struttura, rendendola di breve durata).

Le bobine nell'avvolgimento di ciascuna delle fasi si alternano tra loro e sono collegate in serie - come i poli dei magneti, uno dei lati rivolto verso le bobine.

Il compito dell'inverter è quello di convertire una tensione costante di circa 12 volt prelevata dalla batteria in una tensione alternata di circa 220.

Gli elettrodomestici e l'elettronica moderni sono in grado di funzionare da 110 volt (standard americano per reti domestiche) fino a 250 - non è consigliabile dare di più a dispositivi e dispositivi di rete. Tutti i convertitori sono impulsivi, rispetto a quelli lineari, le loro perdite di calore sono molto inferiori.

Fasi di produzione

Per modificare il design di un motore a induzione, procedere come segue

1. Smontare il motore ed estrarre il rotore.
2. Rimuovere le piastre dall'armatura del rotore. Tagliateli a una profondità di 2 mm.
3. Realizza scanalature fino a 5 mm di profondità per i magneti.
4. Segna una striscia di banda stagnata per i magneti. Dovrebbero essere equidistanti l'uno dall'altro: ciò eviterà inutili perdite di potenza dell'installazione.
5. Attaccali a questa striscia di latta con la super colla. Fissare la striscia con i magneti sull'ancora.
6. Riempi lo spazio tra i magneti con saldatura a freddo o colla epossidica.
7. Rimuovere bave e irregolarità sul rotore con carta vetrata.
8. Controllare - e sostituire se necessario - cuscinetti e bulloni del motore.

Assemblare il motogeneratore. Il dispositivo è pronto per un'ulteriore installazione. Per controllare il dispositivo, bloccare il suo albero in un trapano o un mandrino per cacciavite e accelerare a 1000 giri/min.

Una tensione ai capi dell'avvolgimento da 110 volt può essere considerata adatta.

Ad un valore inferiore, l'errore risiede nell'alternanza irregolare dei magneti in qualsiasi punto del cerchio di rotazione dell'armatura.

Per assemblare la turbina eolica, procedi come segue

1. Ritagliare pezzi identici da un tubo in PVC con un diametro di 11-16 cm, corrispondente in lunghezza alle future lame.
2. Su ciascun segmento, traccia una linea arbitraria e allontanati da essa su entrambi i lati di 22 mm. Di conseguenza, la larghezza di una lama raggiungerà i 44 mm. Ripetere questa azione per l'estremità opposta del segmento di linea.
3. Collega dritto i punti estremi su un lato della linea centrale.
4. Disegna dall'altra parte i contorni della futura lama.
5. Tagliare la lama risultante e arrotondare la sua estremità libera affilandola. Ripetere i passaggi precedenti per il resto delle lame.
6. Fissare le lame al mozzo utilizzando un adattatore per boccole. Come elementi di fissaggio sono adatti bulloni con dadi e rondelle elastiche. La larghezza di ciascuna lama per tutta la sua lunghezza varia da 44 a 88 mm.

Questo è sufficiente perché il vento faccia girare la girante a una velocità di 3 m / s. La struttura risultante deve essere bilanciata - un corretto bilanciamento eviterà la formazione di punti ciechi che rallentano il generatore quando l'elica ruota.

Un motogeneratore con girante installata può essere inserito in un manicotto protettivo che lo protegge dalle precipitazioni atmosferiche. Rimanendo asciutto in tutte le condizioni atmosferiche, protetto da pioggia e neve, il generatore durerà per anni. Per assemblare la protezione, procedi come segue:

1. in un tubo con un diametro di 7,5 cm, tagliare una scanalatura longitudinale larga 2 cm;
2. tagliare l'estremità posteriore del tubo tagliato con un angolo di 45 gradi;
3. posizionare il motogeneratore con l'elica in questo tubo e fissarlo ad esso.

La rotazione libera del motore richiederà un giunto girevole con cuscinetti a sfera, simile a quello che si trova in un ventilatore domestico . Può girare all'infinito su entrambi i lati.

Affinché il cavo, con l'aiuto del quale vengono rimosse le correnti indotte nell'avvolgimento dello statore, non si avvolga o si attorcigli, la connessione nella cerniera deve essere scorrevole, ma fornire un contatto elettrico affidabile e stabile del motogeneratore con ulteriori unità funzionali localizzate del circuito.

Il miglior contatto sarà fornito da terminali placcati in oro presi da qualsiasi vecchia tecnologia.

L'uso di un contatto pennello-grafite è ingiustificato: la grafite ha una resistenza elettrica di un ordine di grandezza superiore a quella dell'alluminio e dell'acciaio e la potenza dell'impianto diminuirà notevolmente. La cerniera è installata su una base costituita da un pezzo di tubo sagomato. Dopo il montaggio, controllano se il meccanismo di rotazione risultante è bloccato, non gira e se il cavo è sfilacciato.

Fornendo un contatto strisciante e una libera rotazione dell'impianto nella direzione del vento, all'involucro esterno aggiuntivo del motore viene fissato un gambo, ad esempio costituito da un tubo dell'acqua in plastica e da un pezzo di lamiera di plastica o alluminio.

Come supporto viene utilizzato un tubo tondo o profilato, un'estremità del quale è cementata nel terreno - non meno di un metro. In modo che il supporto non sobbalzi nel tempo dall'uragano, è integrato con tre o sei smagliature, convergenti al centro con lo stesso angolo e diretti in direzioni diverse.

Dopo aver completato l'assemblaggio della parte motore-generatore, se necessario viene montato un raddrizzatore a diodi accanto al motore . Le perdite di corrente nei cavi possono essere notevolmente ridotte utilizzando un trasformatore elevatore situato vicino al gruppo elettrogeno, come nelle linee che trasmettono elettricità industriale su lunghe distanze.

Il regolatore di carica, la batteria e l'inverter sono inclusi ulteriormente secondo lo schema. La turbina eolica è completamente assemblata e pronta all'uso.

Raccomandazioni

Un mulino a vento fatto in casa per una casa privata genera una tensione costante o alternata di diverse decine di volt, che rappresenta un pericolo maggiore per una persona. I contatti e i fili sotto tensione devono essere isolati in modo affidabile: l'acqua piovana è un ambiente acidificato che conduce bene la corrente elettrica.

Il lavoro su un tornio o una smerigliatrice viene eseguito con occhiali protettivi e guanti. È vietato montare il circuito quando l'aerogeneratore è in funzione.

L'energia eolica è volubile. La soluzione migliore sarebbe un generatore a bassa velocità con più di una dozzina di magneti e bobine. Più bobine, più spesso dovrebbe essere il filo di avvolgimento . Una sezione troppo sottile a causa di una resistenza totale di decine di ohm ridurrà la potenza utile del generatore parecchie volte di più. Per un carico serio, ad esempio da una stufa elettrica o da una lavatrice, a 220 volt, una corrente fino a 10 A.

Il design di un generatore fatto in casa, a meno che non venga utilizzato un motore convertito per la generazione di elettricità, dovrebbe essere perfettamente piatto e simmetrico . Prima di installare le bobine e i magneti, lo "spinner" stesso deve essere centrato. Non importa cosa viene utilizzato: un CD scartato o una copia in miniatura fatta in casa di un mulino a vento, il minimo squilibrio è già inaccettabile.

Cerca di ottenere il minimo rumore - idealmente, dovrebbe essere assente . Se la tua installazione, che non è lubrificata al posto dei cuscinetti, viene lamentata a causa del costante cigolio e battito durante la rotazione, tale reclamo può portare a problemi con la legge, specialmente di notte. Il resto dei motivi per rivendicarti come proprietario di una turbina eolica sono insignificanti: le turbine eoliche sono completamente legali, poiché il proprietario di questo dispositivo non produce elettricità con esso su scala industriale, come avviene in Europa e in America.

L'installazione non dovrebbe essere troppo alta - sopra i pilastri lungo i quali passano le linee elettriche . In ogni città, insediamento di cottage estivi o insediamento rurale, c'è una restrizione sull'altezza delle strutture in costruzione.

Ad esempio, la fornitura di una torre di 40 metri per una stazione base cellulare richiede una serie di permessi e verifiche da parte delle autorità di regolamentazione del governo. Lo stesso vale per le turbine eoliche.

Avvicinandosi in modo corretto ed estremamente responsabile alla soluzione del problema con l'elettricità con l'aiuto di un generatore eolico, il consumatore si libererà dei tempi di fermo associati alle interruzioni di corrente. È sempre meglio essere propositivi - nel quadro della legge - piuttosto che aspettare anni per ciò che le autorità promettono.