Jak samodzielnie zbudować turbinę wiatrową?

Zadaniem turbiny wiatrowej, jest zamiana energii kinetycznej wiatru na pracę mechaniczną wirnika. Jej samodzielna budowa sposobem gospodarczym, wbrew pozorom nie jest zadaniem bardzo skomplikowany. W artykule opisana zostanie budowa turbiny wiatrowej o mocy 1000 W, a energia ta wystarczy na oświetlenie wjazdu do domu, podgrzać wodę w bojlerze czy nawet wspomóc instalację c.o..

Budowa turbiny wiatrowej

Założenia wstępne i zasada działania

Nasza turbina będzie miała postać wielopłatowego wiatraka o poziomej osi obrotu. Śmigła umieszczone na piaście, przenosić będą obroty na wirnik za pomocą wału. Na jego końcu, zamocowane zostanie koło pasowe, napędzające alternator i generujące w nim prąd – podobnie jak ma to miejsce w samochodzie. Całość umieszczona zostanie na pięciometrowym maszcie, przymocowanym do płyty chodnikowej i zabezpieczonej trzema naciągami. Zamontowana zostanie także instalacja odgromowa. Taki mechanizm może okazać się interesującą alternatywą, na przykład dla popularnych ostatnio instalacji fotowoltaicznych.

Łopaty, piasta, oraz wał główny

Łopaty będą miały kształt prostokątów o wymiarach 100 × 20 [cm], należy wyciąć je z blachy o grubości 3 [mm] za pomocą szlifierki kątowej. Elementem nośnym skrzydła, będzie rura stalowa o średnicy ¾”, przykręcona do skrzydła w trzech miejscach – na obrzeżu, w środku i blisko centrum wiatraka. Tak przygotowane 12 skrzydeł, należy przyspawać pod kątem 29o do piasty stalowej o średnicy 20 [cm]. Piasta to część wału głównegojako wał można wykorzystać półośkę z samochodu osobowego, idealnie nadaje się do tego model z Fiata 126p. Bez problemu można zakupić ten element na przykład na złomowisku lub komisie samochodowym z używanymi częściami. Proponowany projekt, można modyfikować już na tym etapie, o inne średnice łopat wirnikowych: 1,5 m, 1,75 m, 1,96 m, 2,3 m.

Ster ogonowy oraz wał obrotowy  

Aby optymalnie wykorzystać siłę wiatru, nasz mechanizm musi ustawiać się prostopadle do siły wiatru. Potrzebne do tego są 2 elementy: ster oraz wał obrotowy. Star wycinamy z tej samej blachy co skrzydła – nadając mu kształt płetwy. Należy przyspawać go do rury stalowej o długości 3 [m], taka długość zapewni odpowiednią czułość na zmianę kierunku wiatru. Całość konstrukcji umieszczamy na tzw. wale obrotowym, za pomocą którego cały mechanizm będzie mógł się obracać o 360o. Najprostszym rozwiązaniem będzie wykorzystanie tylnego, używanego mostu samochodowego. Podobnie jak wał główny, zakupimy go jako część używaną.

Ogranicznik pracy turbiny wiatrowej

W profesjonalnych turbinach wiatrowych o dużych mocach montowany są hamulce aerodynamiczne i elektrodynamiczne. Bez tego elementu łopaty mogłyby po prostu odlecieć pod wpływem siły odśrodkowej lub zostać połamane poprzez silne podmuchy wiatru. Proponowana konstrukcja również wymaga zabezpieczenia przed tego typu zagrożeniem, jednak zastosowane zostanie znacznie prostsze, ale równie skuteczne rozwiązanie. Do głowicy, należy zamontować ster boczny usadowiony pod kątem prostym do osi wirnika. Wykonać go można z tego samego materiału co łopaty, jednak powinien być od nich o połowę krótszy. Kolejnym krokiem jest zamontowanie go na rurze stalowej o średnicy ¾”, o długości 50 cm. Taka konstrukcja zapewni obrócenie się całego urządzenia o 90 stopni w przypadku wichury, dzięki czemu łopaty przestaną się obracać. Gdy wiatr zmniejszy swoją siłę, głowica wróci do pozycji pracującej pod wpływem swojego ciężaru.

Maszt

Na maszcie umieścimy nasz cały mechanizm. Przedstawiciel spółki Jaromir Jarzębski działającej na rynku OZE zauważa: –Profesjonalne maszty mają wysokość nawet 150 metrów, ponieważ na tej wysokości wiatr wieje bez zawirowań i zakłóceń. Nasz amatorski mechanizm zamontujemy nieco niżej – wieża będzie miała wysokość 5 [m]. W przekroju powinna przyjąć kształt ostrosłupa ściętego, o podstawie czworokąta. Najlepiej wykonać go z kątowników stalowych, połączonych prętami przyspawanymi kratowo dla wzmocnienia konstrukcji. Wieżę przykręcamy do płyty chodnikowej.

Mechanizm umieszczony na szczycie posiada sporo elementów ruchomych – z tego powodu wymagał będzie przeglądów i prac konserwacyjnych. Wieża powinna zatem być stabilna i trwała, dlatego trzeba wzmocnić ją naciągami z linek stalowych. Jednym z rozwiązań, jest zakopanie zwykłej kostki brukowej przewierconej na wylot, na głębokość 120 [cm]. Przez otwór, przekładamy szpilkę o średnicy 14 [mm], z przykręconym do niej uchem, do którego należy przymocować linkę, a jej drugi koniec do szczytu masztu. Minimalna ilość odciągów to 3, jednak można zastosować 4 dla osiągnięcia lepszej stabilność.

Turbiny do samodzielnego złożenia

Alternatywą dla całkowicie samodzielnego konstruowania turbiny, są gotowe do złożenia wiatraki z całym potrzebnym osprzętem. Szczególną popularnością, cieszą się wiatraki prądotwórcze z włókiem szklanych, generujące moc od kilkuset, do nawet 3000 watów. Wybór gotowego pakietu, gwarantuje wiele korzyści:

  • optymalnie dobrane, współgrające ze sobą podzespoły,
  • gwarancja producenta,
  • włókno szklane jest niezwykle odporne na warunki atmosferyczne,
  • rozpoczęcie pracy już przy najmniejszych podmuchach.

Często w takim zestawie, zakupić można inwertery energii elektrycznej, dzięki czemu cały system możemy wpiąć do sieci i od razu po montażu oszczędzać na rachunkach. Domowa instalacja tego typu, to także gwarancja bezpieczeństwa, dzięki systemom bezpiecznej pracy w postaci hamulców aerodynamicznych i elektromagnetycznych.