Вітрова турбіна для домашнього використання: як створити та змонтувати, переваги, відеоінструкція.

П'ять компактних вітрових турбін здатні виробляти 2 кВт електроенергії щогодини, що суттєво підвищує незалежність житла від зовнішніх джерел енергії. Існує можливість купити вже готові системи, або ж зібрати їх власноруч, проте це може бути пов'язано з певними труднощами.

У зв'язку з перебоями в електропостачанні та зростанням цін на комунальні послуги, багато українців почали звертати увагу на альтернативні джерела енергії, особливо на вітрову. Один із жителів Київщини, Богдан Кушлик, вирішив самостійно виготовити вітрогенератор для власного використання. У інтерв'ю для Фокусу він поділився, які елементи та фінансові витрати були необхідні для цього проекту, а також висловив свою думку про ефективність такого рішення.

Спочатку Богдан вирішив придбати недорогий компактний вітряк горизонтального типу. Його головною метою було не стільки виробництво енергії, скільки використання цього пристрою як експериментальної моделі. Захоплений ідеєю вдосконалення, він почав шукати різноманітні дрібні деталі, які дозволяли б йому модифікувати та покращувати характеристики вітряка.

"Пробував один елемент, пробував інший елемент. А тоді подумав: чого я взагалі це роблю з якимись заводськими виробами? Зліплю свою конструкцію та вже доведу її до порядку, до пуття, як книжка пише. От і все, отак ця ідея і виникла. І в результаті в мене з п'яти вітряків зараз тільки один саморобний, але він, чесно кажучи, найцікавіший, тому що зроблений власними руками. Основні компоненти: генератор і вітроколесо - заводські, але ж вся конструкція, вся схема поєднання - це моє", - поділився власник вітрогенератора.

За словами Богдана Кушлика, створений вітрогенератор має потужність 600 Вт і демонструє кращу стабільність роботи в порівнянні із заводськими моделями. Це стало можливим завдяки більш витягнутій формі корпусу та оптимізованій конструкції хвостової "лопати", яка має вдосконалені пропорції.

"Вертикальні вітрогенератори абсолютно не рекомендую - за будь-яких умов їх ефективність буде нульовою. Горизонтальний вітрогенератор, про який я згадував, здатний генерувати до 600 Вт, в той час як вертикальний, щоб досягти такого ж рівня потужності, повинен бути значно більшим і мати втричі більшу робочу площу. Це абсолютно безглуздо", - підкреслює Богдан Кушлик, підтримуючи думку Ігоря Неділька, ще одного мешканця регіону, який власноруч створив вітрогенератор.

Для цього знадобиться генератор, якийсь ротор, що його обертає - тобто це вітроколесо -- горизонтальний або вертикальний. Якщо мова про горизонтальний, то має бути механізм, який повертає конструкцію у напрямку вітру. Найчастіше його роблять на одному підшипнику чи на системі підшипників.

Кожен вітряний генератор генерує змінний електричний струм, що складається з трьох проводів, які відповідають трьом фазам. Наступним кроком є розробка способу збору струму, щоб провести не обертався навколо горизонтальної осі. Для цього існують спеціалізовані механізми струмознімання. На ринку можна знайти готові рішення для цієї задачі.

Необхідно також забезпечити накопичення виробленої електроенергії в акумуляторах. Це здійснюється за допомогою контролера заряду — пристрою, що перетворює змінний струм у постійний і заряджає батареї відповідно до заданого алгоритму.

Ігор Неділько у розмові з Фокусом припустив, що можна використовувати техніку, яка працює на постійному струмі. За словами Богдана Кушлика, велика проблема полягає у тому, щоб передавати цей струм на відстань, адже втрати при передачі змінного значно менші, і це дуже велика перевага. Тобто, вважає він, немає сенсу спеціально купувати таку техніку.

Основна проблема полягає в правильному виборі генератора та вітроколеса, щоб їх характеристики відповідали одна одній. Це означає, що необхідно провести тестування генератора, перевірити його параметри або отримати дані від виробника про те, як він функціонує при різних навантаженнях та обертах. Важливо, щоб оберти генератора відповідали обертам вітроколеса.

Тут дія класичної фізики: об'єкт з меншим діаметром рухається швидше, але його зусилля є менш значним. Магнітне поле в генераторі чинить опір, що ускладнює обертання вала, тому вітроколесо повинно "подолати" цей опір і набрати необхідну швидкість обертання. Таким чином, важливо правильно визначити співвідношення елементів.

"Це та ситуація, з якою зустрічаються молоді вітролови, давайте назвемо їх так", - підкреслив Богдан.

У соціальних мережах часто можна натрапити на коментарі, які радять встановлювати редуктори та приділяти увагу трансмісії. Богдан пояснює, що для малих вітрових електростанцій потужністю до 20 кВт (для порівняння, це вітряки з діаметром лопатей близько 10 метрів) пряма передача є цілком ефективною, і ніякі редуктори не потрібні. Проте, якщо мова йде про установки потужністю 50-100 кВт і більше, тоді вже необхідно використовувати коробки передач, редуктори та інші елементи, як це прийнято в промислових моделях.

Фахівці рекомендують перед монтажем вітрогенератора заздалегідь проаналізувати вітрові умови в обраному місці. Богдан Кушлик зазначає, що у нього не було великого вибору, оскільки він встановлював вітряк на своїй ділянці, але скористався ресурсом globalwindatlas.info. Там можна вибрати конкретну локацію та дізнатися, який середній вітер спостерігається на висотах 10, 50, 100 метрів тощо.

"Я помітив, що середня швидкість вітру на відстані 10 метрів становить 3,6 метра в секунду. Спочатку подумав, що це не так багато, але вирішив: чому б і ні, рухаємось далі. Врешті-решт, це все ще цікаво. Звісно, оптимальніше було б проводити вимірювання на більших висотах і в місцях з більш сильними вітрами. Наприклад, біля Київського водосховища, якщо ми говоримо про Київський регіон, там, на лівому березі, вітер дме значно краще, ніж на правому. Або ж у південних та південно-східних районах України, де вітри також відчутніші, особливо в степах і прибережних зонах", - поділився думками Богдан.

Він не рекомендує встановлювати вітрогенератори в містах через густу забудову та дерева, які суттєво ускладнюють рух повітря. Єдине рішення — це встановлення вітрогенератора на висотній будівлі, причому щогла повинна бути не менше 5, а краще 10 метрів. Розташування на даху може виявитися не найкращим варіантом для отримання стабільного вітру, проте все залежить від конкретного місця.

У містах, де розташовані багатоквартирні будинки, виникає ще одна проблема - необхідність досягнення згоди з мешканцями Об'єднання співвласників багатоквартирних будинків (ОСББ). Іноді зустрічаються сусіди, які можуть заважати встановленню вітрогенератора через заздрість, бажаючи не дати можливість власнику отримувати безкоштовну електроенергію.

Богдан Кушлик розповів, що його власноруч зібрана вітрова станція з невеликим вітряком обійшлася йому приблизно на 20% дорожче, ніж заводський аналог – 240 доларів замість 200. А якщо взяти до уваги більш потужну установку з діаметром вітроколеса 4-5 метрів, її вартість може коливатися в межах 3000-5000 доларів або навіть перевищувати цю суму.

"Якби я зрозумів, що можна просто купити і не витрачати час на роздуми, можливо, я б одразу так і вчинив. Але мені було цікаво. Я не вважаю це витратою грошей. Різниця в 40 доларів - це незначна сума. Це абсолютно того варте лише через цікавість", - зазначив українець.

У холодні сезони домогосподарство Богдана витрачає приблизно 1,5-2 МВт енергії, з яких основна частина йде на електричне опалення. Хоча наявні вітрові генератори не здатні повністю задовольнити ці енергетичні потреби, вони все ж відіграють важливу роль, особливо взимку. Вітрогенераторам важко виробити 2 МВт за місяць, тому для цього необхідні більш потужні установки, щонайменше на 20 КВт. Проте, як зазначив Богдан Кушлик, вітряні станції значно подовжують період автономності, коли виникають перебої в електропостачанні.

"На даний момент у мене не вистачає батарей, але я вже замовив додаткові. У планах — розширити батарейний блок, а поки що я можу покладатися на вітряки. Коли вимикають електрику і дує сильний вітер, вони забезпечують мене 1,5-2 кВт на годину. Це дійсно чудово, це суттєва підтримка для моєї автономії," — поділився власник господарства.

Для забезпечення стабільної роботи вітрогенератора та максимізації виробництва електроенергії важливо вірно вибрати місце його установки. Це дозволить зменшити вплив перешкод на вітер. Якщо йдеться про приватний будинок у сільській місцевості, найкраще розмістити генератор на городі, подалі від будь-яких споруд.

Для ефективної передачі електричного струму важливо вибирати кабель із мінімальними втратами. Це може бути або товстіший мідний провід, або алюмінієвий SIP 16 чи 25. Такий підхід значно підвищить продуктивність генерації енергії. Крім того, ефективність роботи вітряної турбіни значною мірою залежить від контролера заряду та налаштувань, які були застосовані.

"Це дуже велика проблема: підібрати хороший контролер. Слава Богу, в нас в Україні є один хороший виробник контролерів для вітряків, звуть його Сергій, та всі знають його під таким кодовим словом як "Серкат". Якщо когось цікавить, то "Серкат" -- це найкращий український контролер, який є на сьогодні. Він теж має свої обмеження, бо працює з вітряками лише до 5,5 метрів діаметром. Якщо більше, то вже їх треба ставити або два, або шукати якийсь інший контролер", - зазначив співрозмовник.

Богдан Кушлик каже, що є й хороші китайські контролери, але вони, як правило, призначені для дуже високовольтних вітряків, а самостійно люди такі не виготовляють. Тому саморобники часто використовують контролер від Сергія або ж роблять їх власноруч. Проблеми виникають із його налаштуванням, потрібно правильно вказати криву розгону.

"Якщо пояснити у двох словах, то контролер має працювати так, щоб не гальмувавати вітряк на старті, давати йому достатньо розігнатись, але при цьому не давати йому розвивати занадто високі оберти, щоб він не розлетівся, грубо кажучи. Тому що всі лопаті мають свою межу, хоча й розраховані на швидкість, яка в шість-сім разів перевищує швидкість вітру, а більше вони вже не можуть. Задача контролера - втримати вітряк, не дати йому розкрутитись занадто, коли бувають там ураганні періоди чи якісь дуже сильні пориви. Таке не часто, але буває", - підкреслив він.

Богдан Кушлик також встановив сонячні панелі і всім радить поєднувати їх з вітрогенераторами, щоб мати відносно стабільну генерацію весь рік. Вітряк набагато краще працює з листопада по квітень, ніж решту місяців, і за цей період виробляє близько 80% від річної кількості енергії.

Щодо сонячних панелей ситуація зовсім інша: взимку їх продуктивність складає лише 10% від літньої. Якщо ви плануєте використовувати їх для власних потреб, важливо встановлювати панелі під змінним кутом, адаптуючи їх положення відповідно до сезону, користуючись спеціальним калькулятором. У зимовий період для Київської області рекомендований кут нахилу становить 66-68 градусів до горизонту, а напрямок - на південь з невеликим зсувом на 3-4 градуси на схід. Це дозволить максимально підвищити місячну продуктивність ваших панелей.

В Україні у 2024 році запустили кілька програм пільгового кредитування, щоб заохотити громадян встановлювати альтернативні джерела енергії, у тому числі й вітрогенератори. Богдан Кушлик не радить брати такі кредити, бо якщо говорити про програму для домогосподарств з нульовою ставкою, то вона вимагає обов'язкового підключення до комунальних мереж за договором самовиробництва.

"Це втрачає всю свою цінність, оскільки умови наразі не є сприятливими. Це схоже на безкоштовний сир у мишоловці. У моєму випадку вітрові генератори підключені до внутрішньої мережі, а зовнішня мережа нічого не отримує, оскільки я не можу цього робити. Адже 'зелений' тариф для сонячних панелей - це одне, а вітрові установки у мене працюють лише на покриття власного споживання, яке взимку може сягати 1,5-2 МВт*год на місяць, оскільки я використовую тільки електричне опалення", - зазначив Богдан.