風力タービンを作る電気の作り方

数年前、私はアリゾナでいくつかの遠隔地を購入しました。 私は天文学者であり、あらゆる規模の都市の近くで見られるひどい光害から遠く離れて私の趣味を実践する場所を望んでいました。 素晴らしい財産を見つけました。 問題は、電気サービスが利用できないほど遠いことです。 それは本当に問題ではありません。 電気がないことは光害がないことを意味します。 しかし、21世紀の生活の多くはそれに依存しているため、少なくとも少しの電気があればいいと思います。

私の財産についてすぐに気づいたのは、ほとんどの場合、風が吹いているということです。 私はそれを買った瞬間から、風力タービンを設置して電気を作り、後でソーラーパネルを追加するというアイデアを思いつきました。 これは私がそれをやった方法の物語です。 高価な市販のタービンではなく、ほとんどコストがかからない自家製のタービンです。 製作スキルと電子的なノウハウがあれば、それも構築できます。

このプロジェクトの詳細と、自作のソーラーパネルや自作のバイオマスガス化装置を含む他の代替エネルギープロジェクトは、私のウェブサイトで見つけることができます。

ステップ1:ジェネレーターの取得

私はグーグルから始めて、自作の風力タービンについての情報を得ました。 それらの多くは、驚くほど多様なデザインと複雑さの中にあります。 ただし、すべてに共通する5つのことがあります。

1.ジェネレーター
2.ブレード
3.それを風に変え続ける土台
4.風にさらされる塔
5.バッテリーと電子制御システム

プロジェクトをわずか5つのシステムに縮小しました。 一度に1つずつ攻撃しても、プロジェクトはそれほど難しくないように見えました。 私は発電機から始めることにしました。 私のオンライン調査では、多くの人が独自の発電機を構築していることが示されました。 少なくとも最初の努力では、それは少し複雑すぎるように思えました。 他のプロジェクトでは、余剰の永久磁石DCモーターを発電機としてプロジェクトで使用していました。 これは簡単な方法のように見えました。 それで、私はどのモーターが仕事に最適かを調べ始めました。

多くの人が古いコンピューターテープドライブモーター(コンピューターに大きなリールツーリールテープドライブがあった時代の余剰遺物)を使用するように思われました。 最も良いのは、Ametek製のモーターのモデルです。 Ametekが製造した最高のモーターは、発電機として最適に機能する99ボルトのDCモーターです。 残念ながら、最近ではほとんど見つけることができません。 ただし、他にも多くのAmetekモーターがあります。 彼らの他のモデルのいくつかはまともな発電機を作り、まだEbayのような場所で見つけることができます。 このWebサイトでは、発電機として使用した場合のさまざまなAmetekモーターの長所と短所について説明しています。 //www.tlgwindpower.com/ametek.htm

私はたった$ 26で、Ebayから30ボルトのAmetekの良いモーターを獲得することができました。 最近はそれほど安くありません。 人々は、優れた風力発電機を製造しているという事実を理解しています。 他のブランドでも機能しますので、Ametekの価格に心配しないでください。 賢く買い物。 とにかく、私が手に入れたモーターは調子が良く、うまく機能しました。 私の指でシャフトをすばやく回転させるだけでも、12ボルトの電球が非常に明るく点灯します。 私はそれを私のドリルプレスでつかみ、ダミーの負荷に接続することで実際のテストを行いました。 このセットアップで数百ワットを簡単に消すことができるので、発電機としてはとても便利です。 私はそれを駆動するためにまともなブレードのセットを作ることができれば、それが十分な電力を生成することを知っていました。

//www.mdpub.com/Wind_Turbine/のWebサイトに、発電機として使用するモーターを選択する方法の詳細があります。

ステップ2:ブレードの作成

ブレードとそれらを接続するハブは、次のビジネスの順序でした。 さらに多くのオンライン調査が行われました。 多くの人は、木から切り出すことで自分の刃を作りました。 それは私にとってとてつもない量の仕事のように見えました。 他の人たちは、PVCパイプからセクションを切り取って翼を作ることでブレードを作っていることがわかりました。 それは私にとってずっと前途有望に見えました。 このWebサイトでは、PVCパイプを使用して小型風力タービン用のブレードセットを作成する方法を説明しています。

//www.yourgreendream.com/diy_pvc_blades.php

私は彼らの一般的なレシピに従いました。 私は物事を少し違ったやり方でした。 私の地元のホームセンターの店ではたまたま事前にカットされた長さがあるので、黒のABSパイプを使用しました。 私は4インチの代わりに6インチのパイプを使用し、19 5/8の代わりに24インチの長さを使用しました。 24インチのパイプを円周に4分割し、縦に4つに切ることから始めました。 次に、1つのブレードを切り取り、他のブレードを切り取るためのテンプレートとして使用しました。 その結果、4枚のブレード(3枚とスペア1枚)が残った。

それから、カットされたエッジでベルトサンダーとパームサンダーを使用して、それらをより良い翼型にするために、少し余分なスムージングとシェーピングを行いました。 本当に改善されているかどうかはわかりませんが、痛むことはありませんでしたし、ブレードは本当に良さそうです(自分でそう言うなら)。

ステップ3:ハブの構築

次に、ブレードをモーターにボルトで固定するためのハブが必要でした。 ワークショップで調べてみると、モーターシャフトに合う歯付きプーリーを見つけましたが、ブレードをボルトで固定するには直径が少し小さすぎました。 また、直径5インチ、厚さ1/4インチのアルミニウム製のスクラップディスクを見つけました。これはブレードをボルトで固定できましたが、モーターシャフトには取り付けられませんでした。 もちろん、単純な解決策は、これら2つの部品をボルトで固定してハブを作成することでした。 後で多くの穴あけ、タッピング、ボルト締めをして、ハブがありました。

ステップ4:タービンマウントの構築

次に、タービンの取り付けが必要でした。 シンプルに保ちながら、モーターを2 X 4の木材に固定することを選択しました。 木材の正しい長さは、非常に科学的な方法で、廃材の山から2 X 4の見栄えの良い廃材を選び出し、それがどれだけ長くなったとしても計算されました。 また、直径4インチのPVCパイプを切断して、モーターを覆うシールドを作り、天候から保護します。 尾が風にならないようにするために、たまたま重厚なアルミニウムのシートを使用しました。 私はそれが十分な大きさの尾にならないのではないかと心配していましたが、うまくいくようです。 タービンは、方向を変えるたびに風にぴったりとはまります。 写真にいくつかの次元を追加しました。 しかし、これらの測定値はどれも重要ではないと思います。

次に、私は頭が風に自由に変わることを可能にする何らかのタワーとある種のベアリングについて考え始めなければなりませんでした。 私は地元のホームセンターの店(ロウズとホームデポ)でブレーンストーミングをするのに多くの時間を費やしました。 最後に、うまくいくと思われる解決策を思いつきました。 ブレーンストーミング中に、直径1インチの鉄製パイプが、1 1/4インチの直径のスチール製EMT電気コンジット内にぴったりと収まることに気付きました。 タワーとして1 1/4インチの長い導管を使用し、両端に1インチのパイプ継手を使用できます。 ヘッドユニットには、2X4の発電機端から7 1/2インチ後ろに中心を合わせた1インチの鉄製フロアフランジを取り付け、10インチの長さの鉄製パイプニップルをねじ込みました。 乳首は、私がタワーとして使用する導管の上部に滑り込み、すてきなベアリングを形成します。 発電機からの電線は、2X4に開けられたパイプ/コンジットユニットの中心を通る穴を通過し、タワーの基部から出ます。 鮮やかさ! (自分でそう言うなら)

ステップ5:タワーベースの構築

タワーベースについては、合板から直径2フィートのディスクを切り出すことから始めました。 1インチのパイプ継手からU字型のアセンブリを作成しました。 そのアセンブリの中央に、1 1/4インチのTシャツを置きました。 Tシャツは1インチのパイプを自由に回転させ、ヒンジを形成して、タワーを上下させることができます。 次に、近いニップル、1 1/4対1の縮小フィッティング、および12インチのニップルを追加しました。 後で、レデューサーと12インチニップルの間に1インチのTシャツを追加し、ワイヤーがパイプから出る場所があるようにしました。 これは、ページのさらに下の写真に示されています。 あとで木製のディスクに穴を開けて、スチール製の杭を使って地面に固定しました。

2番目の写真は、頭とベースを一緒に示しています。 あなたはそれが一緒に行く方法を見ることができます。 2つの部品を接続する10フィートの長さの鋼鉄製の導管を想像してください。 私はフロリダでこのものを構築していたが、アリゾナで使用するつもりだったので、アリゾナに着くまで10フィートのコンジットの購入を保留することにしました。 つまり、風力タービンは完全に組み立てられることはなく、フィールドに設置する準備が整うまで適切なテストを受けられません。 アリゾナで試してみるまで、実際に機能するかどうかわからないので、それは少し怖かったです。

ステップ6:すべての木製パーツをペイントする

次に、私はすべての木製部品を、別のプロジェクトで残した白いラテックス塗料で数回塗りました。 天候から木材を保護したかった。 この写真は、頭のバランスを取るためにテールの下の2X4の左側に追加した鉛カウンターウェイトも示しています。

ステップ7:完成した風力タービンのヘッド

この写真は、ブレードが取り付けられた完成したヘッドユニットを示しています。 それは美しさですか、それとも何ですか? 私は何をしているのか知っているようです。

アリゾナに向かう前に、ユニットを適切にテストする機会がありませんでした。 しかし、ある風の強い日、私は頭を外に出して、頭の上の空中に上げ、風が吹くかどうかを確認しました。 彼らがやったそれをスピン。 ほんの数秒で、それは本当に恐ろしい速度になりました(発電機に負荷がかかりません)。ビットに。 幸いなことに、私はやがて風からそれを消し、致死的でない速度まで減速することに成功しました。 二度とその間違いを犯すことはありません。

ステップ8:充電コントローラーを構築する

すべての機械部品が整理されたので、プロジェクトの電子的な目的に向かう時が来ました。 風力発電システムは、風力タービン、タービンによって生成された電力を保存するための1つ以上のバッテリー、バッテリーからの電力がモーター/ジェネレーターを回転させて無駄にならないようにするブロッキングダイオード、タービンから電力を放出するための二次負荷で構成されますバッテリーは完全に充電され、すべてを実行するための充電コントローラー。

太陽光発電システムや風力発電システム用のコントローラーはたくさんあります。 代替エネルギーを販売する場所ならどこでもそれらがあります。 また、Ebayでの販売のためにそれらの多くが常にあります。 しかし、私は自分でビルドしてみることにしました。 そこで、風力タービンの充電コントローラーに関する情報を求めてグーグルに戻りました。 完全な回路図を含む多くの情報を見つけましたが、これは非常に素晴らしく、自分のユニットを非常に簡単に構築できました。 私はこのWebサイトで見つけたものの概略図に基づいてユニットを作成しました。

//www.fieldlines.com/story/2004/9/20/0406/27488

このWebサイトでは、コントローラーについて詳しく説明しているので、ここではかなり一般的な用語でのみ説明します。 繰り返しになりますが、私は彼らの一般的なレシピに従いましたが、私はいくつかのことを異なって行いました。 幼い頃から熱心な電子機器の手直しをしていた私には、すでに手元に大量の電子部品があり、コントローラーを完成させるためにほとんど購入する必要はありませんでした。 一部の部品に異なるコンポーネントを使用し、すでに手元にある部品を使用できるように回路を少し作り直しました。 そうすれば、コントローラーを構築するためにほとんど何も買わなくてすみました。 私が買わなければならなかった唯一の部品はリレーでした。 下の最初の写真に見られるように、すべての部品を合板にボルトで固定して、プロトタイプの充電コントローラーを構築しました。 後で耐候性のあるエンクロージャに再構築します。

独自に構築する場合でも、購入する場合でも、風力タービンには何らかのコントローラーが必要です。 コントローラーの背後にある一般的な原則は、システムのバッテリーの電圧を監視し、タービンからバッテリーに電力を送信してそれらを再充電するか、バッテリーがバッテリーの場合にタービンからの電力を二次負荷にダンプすることです完全に充電されています(過充電とバッテリーの破壊を防ぐため)。 上記のWebページの回路図と記事は、それを説明するのに適しています。 大きくて読みやすい回路図など、充電コントローラーの構築に関するさらに多くの情報は、私のWebサイト//www.mdpub.com/Wind_Turbine/index.htmlで見つけることができます。

動作中、風力タービンはコントローラーに接続されています。 その後、コントローラーからバッテリーまでのラインが走ります。 すべての負荷はバッテリーから直接取得されます。 バッテリー電圧が11.9ボルトを下回ると、コントローラーはタービン電源を切り替えてバッテリーを充電します。 バッテリー電圧が14ボルトに上昇すると、コントローラーはタービン負荷をダミー負荷にダンプするように切り替わります。 コントローラーが2つの状態を切り替える電圧レベルを調整するトリムポットがあります。 鉛蓄電池を適切に充電することに関する多くの異なるWebサイトからのアドバイスに基づいて、放電ポイントに11.9V、完全充電ポイントに14Vを選択しました。 すべてのサイトは、わずかに異なる電圧を推奨しています。 私はそれらを平均し、私の数字を思いついた。 バッテリー電圧が11.9V〜14.8Vの場合、システムは充電またはダンプのいずれかに切り替えることができます。 一対のプッシュボタンを使用すると、テスト目的でいつでも状態を切り替えることができます。 通常、システムは自動的に実行されます。 バッテリーを充電すると、黄色のLEDが点灯します。 バッテリーが充電され、電力がダミー負荷にダンプされると、緑色のLEDが点灯します。 これにより、システムで何が起こっているかについて最小限のフィードバックが得られます。 また、マルチメーターを使用して、バッテリー電圧とタービン出力電圧の両方を測定します。 おそらく最終的には、パネルメーター、または自動車スタイルの電圧および充電/放電メーターをシステムに追加します。 何らかのエンクロージャーに入れたら、それを行います。

可変電圧ベンチ電源を使用して、さまざまな充電および放電状態のバッテリーをシミュレートし、コントローラーをテストおよび調整しました。 電源の電圧を11.9Vに設定し、低電圧トリップポイントのトリムポットを設定できました。 次に、電圧を最大14Vに上げて、高電圧トリムポットのトリムポットを設定します。 私はそれを現場に持ち込む前に設定する必要がありました。

このコントローラーの設計では、まずバッテリーを接続し、次に風力タービンやソーラーパネルを接続することが重要であるという難しい方法を見つけました。 風力タービンを最初に接続すると、タービンからの野生の電圧の揺れはバッテリーの負荷によって滑らかにならず、コントローラーは不規則に動作し、リレーは乱暴にクリックし、電圧スパイクはICを破壊する可能性があります。 そのため、必ず最初にバッテリーに接続してから、風力タービンに接続してください。 また、システムを分解するときは、まず風力タービンを外してください。 最後にバッテリーを取り外します。

ステップ9:タワーを建てる

最後に、プロジェクトのすべての部分が完了しました。 私の休暇が来る1週間前にすべて完了しました。 それはそれを閉じていた。 私はタービンを分解し、全国を旅行するために必要な部品とツールを慎重に梱包しました。 それからもう一度、アリゾナの遠隔地に車で1週間のオフグリッドのリラクゼーションを行いましたが、今回は現場で実際の電気を使うことを望んでいました。

ビジネスの最初の注文は、タワーの設置と補強でした。 物件に到着してバンを降ろした後、私は最寄りのホームデポ(片道約60マイル)に向かい、タワーに必要な10フィートの長さ1 1/4インチのコンジットを購入しました。 私はそれを手に入れた後、アセンブリはすぐに行きました。 ナイロンロープを使用して、地面に打ち込まれた4つの大きな木の杭にポールを固定しました。 各ガイラインの下端にあるターンバックルにより、タワーを垂直に持ち上げることができました。 ベースのヒンジに合わせてどちらかの杭からラインを解放することで、タワーを簡単に上下させることができました。 最終的には、ナイロンラインと木製の杭は、鋼の杭と鋼のケーブルに置き換えられます。 ただし、テストの場合、この配置は正常に機能しました。

2番目の写真は、塔の上部付近でのガイラインの取り付け方のクローズアップを示しています。 私はガイラインのタイポイントとしてチェーンリンクフェンスブラケットを使用しました。 フェンスブラケットは、通常使用されるフェンスポストよりも直径が小さいコンジットをしっかりと固定しません。 そのため、ブラケットを所定の位置に保持するために、ブラケットのスタックの両端にスチール製のホースクランプがあります。

3番目の写真は、地面に固定されたタワーの基部を示しており、風力タービンからのワイヤがTから導管タワーの下に出ています。 壊れたプラグの付いた古いオレンジ色の延長コードを使用して、タービンとコントローラーを接続しました。 私は単に両端を切断し、スペードラグを装着します。 ワイヤーをタワーに通すのが簡単であることがわかりました。 寒い朝で、ひもは非常に硬かった。 コンジットタワーの長さを通して押し込むことができました。 暖かい日には、おそらく魚介類や紐を使ってコードを導管に通さなければならなかっただろう。 ラッキーだ。

ステップ10:風力タービンを立てる

最初の写真は、タワーの上部に設置されたタービンヘッドを示しています。 ヘッド下部のパイプにグリースを塗り、コンジットの上部に滑り込ませました。 ちょうど私が計画したように、それは素晴らしいベアリングを作りました。 時々私は自分自身を驚かせさえします。

残念ながら、硫黄島の旗を掲げるタイプの写真を手に入れる人はいませんでした。

2番目の写真は、完全に組み立てられた風力タービンを示しています。 今、風が吹くのを待っています。 あなたはそれを知らないだろう、それはその朝はとても落ち着いていた。 それは私が見た最初の穏やかな日でした。 私がそこにいたときはいつも風が吹いていた。 まあ、待つ以外に何もすることはありません。

最後に! 風が上がり、タービンが回転し、素敵な電気が生産され始めています。

ステップ11:電子機器を接続する

以下の最初の写真は、電子機器のセットアップを示しています。 バッテリー、インバーター、メーター、およびプロトタイプの充電コントローラーは、すべて青いプラスチック製の浴槽の上の合板の上にあります。 長い延長コードをインバーターに差し込み、キャンプ場に電源を入れます。 電子機器のセットアップの詳細については、私のWebサイト//www.mdpub.com/Wind_Turbine/をご覧ください。

風が吹くと、タービンヘッドが風に巻きつき、回転を始めます。 出力電圧がバッテリ電圧とブロッキングダイオードの降下(バッテリ充電の状態に応じて約13.2ボルト)を超えるまで、高速で回転します。 その時点まで負荷なしで実際に実行されています。 その電圧を超えると、タービンはバッテリーに電力をダンプし始め、突然負荷がかかります。 負荷がかかると、風速が増加してもRPMはわずかに増加します。 風が強くなると、バッテリーに流れる電流が増え、発電機の負荷が大きくなります。 そのため、システムはほとんど自主管理されています。 過剰回転の兆候は見られませんでした。 もちろん、強風の場合、すべての賭けはオフです。

ダミー負荷に電力をダンプするようにコントローラーを切り替えることで、突風が強い場合でもタービンにブレーキをかけ、減速させることができました。 実際にタービン出力を短絡すると、さらに優れたブレーキになります。 強風でもタービンを停止します。 出力を短くすることで、タービンを安全に昇降させることができます。そのため、回転するブレードでスライスされてさいの目に切られることはありません。 ただし、これらの作業中に風が方向を変えると、ヘッドアセンブリ全体が揺れたり、ノギンを強く叩いたりする可能性があります。 だからそこに注意してください。

ステップ12:どこでもない場所でパワーを楽しむ

なんて甘い! 電気があります! ここでは、ラップトップコンピューターをセットアップし、インバーターから供給される電源に接続します。インバーターは、風力タービンから電力を供給されます。 通常、ラップトップのバッテリー寿命は約2時間です。 ですから、キャンプ中はあまり使いません。 ただし、メモリカードがいっぱいになったときにカメラから写真をダウンロードしたり、このようなプロジェクトのメモを作成したり、次の素晴らしいアメリカの小説に取り組んだり、DVD映画を見たりするのに便利です。 少なくとも風が吹く限り、バッテリー寿命の問題はありません。 ラップトップ以外にも、携帯電話、カメラ、電気シェーバー、エアマットレスポンプなど、他のすべてのバッテリー駆動機器を充電できるようになりました。電子機器が消耗しました。

風力タービンを使用して、後の休暇で新しいポップアップトレーラーに動力を供給しました。 私がアリゾナにいた間、強い春の風が毎日、そしてほとんどの夜も風車を回転させ続けました。 タービンは、充電器、電気かみそり、小型掃除機(キャンプは散らかる)をすべて充電して稼働させるために、内部の12V照明に十分な電力と電源コンセントに十分なAC 120Vを供給しました。 私のガールフレンドは、それでも彼女のブロードライヤーを動かすのに十分な力がないと不満を言いました。

ステップ13:費用はいくらですか?

それで、このすべてを構築するのにどれくらいの費用がかかりましたか? さて、このプロジェクトに関連して購入したすべての領収書をすべて保存しました。
 部品の原産コストモーター/発電機Ebay $ 26.00その他 パイプ継手Homecenter Store $ 41.49ブレード用パイプHomecenter Store $ 12.84その他のハードウェアHomecenter Store $ 8.00 Conduit Homecenter Store $ 19.95木材およびアルミニウムスクラップパイル$ 0.00電源ケーブル古い延長コード$ 0.00ロープおよびターンバックルHomecenter Store $ 18.47電子部品手持ちの$ 0.00リレー自動車部品店$ 13.87バッテリーUPSから借用$ 0.00インバーター手持ち$ 0.00ペイント手持ち$ 0.00 合計$ 140.62 
悪くない。 同等の出力を持つ市販のタービン、市販の充電コントローラー、および市販のタワーを750〜1000ドル未満で購入できるとは思えません。

このプロジェクトの詳細と、自作のソーラーパネルや自作のバイオマスガス化装置を含む他の代替エネルギープロジェクトは、私のウェブサイトで見つけることができます。

ステップ14:更新

充電コントローラーの再構築を完了しました。 現在は半耐候性の筐体に収められており、組み込みの電圧計も追加しています。 どちらもEbayで安く購入されました。 また、いくつかの新しい機能を追加しました。 ユニットには、複数のソースからの電源入力に対する準備ができました。 また、3つの外部負荷に対応した12Vのヒューズ付き配電が組み込まれています。

2番目の写真は、充電コントローラーの内部を示しています。 私は基本的に、プロトタイプの合板ボードに最初にボルトで留めたものをすべてこのボックスに移しました。 3つの外部12V負荷用に自動車用の電圧計とヒューズを追加しました。 太い線を使用して、線の抵抗による損失を減らしました。 オフグリッドで生活しているときは、すべてのワットがカウントされます。

3番目の画像は、新しい充電コントローラーの回路図です。 外部負荷用のボルトメーターと追加のヒューズブロックの追加を除いて、上記の古いものとほとんど同じです。 より大きく、読みやすいバージョンの回路図、および新しい充電コントローラーに関する詳細情報は、私のWebサイト//www.mdpub.com/Wind_Turbine/にあります。

4枚目の写真は、電力システム全体のブロック図です。 私が今構築しているソーラーパネルは1つしかないことに注意してください。 2番目のタスクを完了する時間がありませんでした。 自作のソーラーパネルの詳細については、// www.mdpub.com/SolarPanel/の自作のソーラーパネルページをご覧ください。

ステップ15:更新2

アリゾナ州での最近の休暇中に、私は再び遠隔地に滞在しました。 今回は、自作の風力タービンと自作のソーラーパネルの両方を持っていました。 協力して、彼らは私の(明らかに最小限の)電力需要に十分な電力を提供しました。

2番目の写真は、新しい充電コントローラーユニットを示しています。 左側のワイヤは、風力タービンとソーラーパネルから出ています。 右側のワイヤは、バッテリーバンクとダミーロードに接続されています。 古い頑丈な100フィートの延長コードを切断して、風力タービンとソーラーパネルを充電コントローラーに接続するケーブルを作りました。 風力タービンへのケーブルの長さは約75フィートで、ソーラーパネルへのケーブルの長さは約25フィートです。 現在使用しているバッテリーバンクは、並列接続された8アンペア時容量の密閉型鉛酸12Vバッテリー11個で構成されています。 これにより、キャンプに十分な88アンペアアワーのストレージ容量が得られます。 日当たりが良く、風が強い限り(ほぼ毎日、日当たりが良く、風が強い)、風力タービンとソーラーパネルは、バッテリーを十分に充電し続けます。

このプロジェクトの詳細と、自作のソーラーパネルや自作のバイオマスガス化装置を含む他の代替エネルギープロジェクトについては、私のWebサイトをご覧ください。

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