Евгений Кубасов - Энергия, принесенная ветром. Нехитрая обувь своими руками...(Сделай сам №4∙1995)

Е.В. Кубасов

Желание иметь автономный источник электроснабжения возникает у тех, кому постоянно или периодически приходится жить в местах, удаленных от линий электропередач. Комфортабельность такого жилья повышается во много раз, когда комнаты освещаются не керосиновыми лампами, а электричеством, можно посмотреть телевизор, включить магнитофон или радиоприемник. Все это осуществимо благодаря одному из автономных источников, каким является ветроэлектростанция — ВЭС. Даже совсем небольшая по мощности — несколько десятков ватт — ВЭС переносит нас в удивительный мир XX века. Плюсы ее очевидны — бесшумная работа, в отличие от бензоэлектроагрегатов с их надоедливым шумом, самое же главное — совершенно бесплатная электроэнергия. Присущи, конечно, и существенные недостатки. Это зависимость от наличия и скорости ветра, как следствие — нестабильность напряжения получаемого электротока, ограниченная мощность, невозможность получения непосредственно от генератора стандартного напряжения 220 В частотой 50 Гц, каким мы привыкли пользоваться в обиходе.

Тем не менее постройка ВЭС — дело стоящее. Конструктор и строитель испытают удовлетворение и радость при виде разбегающихся пауков из темных углов комнат, освещенных вдруг ярким светом электрических лампочек.

ВЭС — самые экологически чистые источники электроэнергии. От них нет шума, нет копоти, нет опасности заражения радиоактивностью, нет затопления огромных пойменных земель, не надо сжигать ценнейшее сырье — уголь, газ, нефтепродукты.

Имеется в виду, каким током пользоваться, переменным или постоянным. При решении этого вопроса большинство факторов говорит в пользу постоянного тока. Генераторы постоянного тока небольшой мощности более распространены, чем генераторы переменного тока, значит, их легче приобрести. Применение аккумуляторов, которые заряжаются постоянным током, позволяет избежать зависимости от капризов природы — наличия ветра, величину напряжения проще регулировать при постоянном токе. Конечно, большой недостаток — невозможность трансформации, то есть понижения или повышения напряжения трансформаторами, но с этим приходится мириться. Да и неудобство такое не всегда бывает. Кроме того, выход из положения есть. Построив преобразователь постоянного тока в переменный с частотой 50 Гц, можно затем повысить напряжение до необходимой величины. Но это тема другого разговора. Для освещения можно применять низковольтные, например автомобильные, лампочки на 6, 12 или 24 Вт, в зависимости от действующего напряжения вашей ВЭС. Практически все переносные телевизоры, магнитофоны, приемники имеют схемную возможность запитки от источников 9 или 12 В. Есть электробритвы, работающие от 12 В.

Таким образом, даже если имеется генератор переменного тока, то от него все равно мы не сможем получить стандартное напряжение, т. к. эти генераторы обычно высокооборотные, требующие строго постоянные определенные (в зависимости от типа генератора) числа оборотов. Это требование в любительских условиях практически невыполнимо. Тем не менее генераторы переменного тока можно использовать для постройки ВЭС, дополнив их выпрямителями.

Кстати, современные автомобильные генераторы являются трехфазными генераторами переменного тока со встроенными выпрямительными мостами.

Весьма существенное значение имеет то, что генераторы постоянного тока могут работать в большом диапазоне скоростей оборотов. В этом случае просто изменяется мощность. То есть, если в паспорте какого-либо генератора постоянного тока указано номинальное (рабочее) число оборотов, например, 5000 об/мин, то это не означает, что при других скоростях он не будет работать. Практически он начнет вырабатывать электрический ток сразу, как только его ротор получит вращение. Примерная характеристика зависимости напряжения от числа оборотов генератора показана на рис. 1. Такое напряжение получается без нагрузки и без внешнего регулятора напряжения.

Рис. 1. Примерная характеристика зависимости напряжения холостого хода (без нагрузки) генератора от числа оборотов его ротора (якоря)

Из графика видно, что уже при 800 об/мин напряжение достигает 12 В. Но подключать нагрузку при этих оборотах ротора генератора еще нельзя, так как напряжение сразу упадет ниже 12 В. С повышением числа оборотов напряжение растет и при n = 1200 об/мин можно уже нагружать генератор. Для поддержания напряжения на нужном уровне, например 12 В, служат специальные регуляторы напряжения. Пунктиром показан уровень напряжения, получаемого в результате совместной работы генератора с регулятором. В результате мы видим, что генератор может работать в интервале от 1200 до 13000 об/мин. (Большее число оборотов воздушный винт развить просто не сможет.)

Все это сказано для примера. Различные типы генераторов имеют весьма разнообразные характеристики.

Очень заманчиво, конечно, построить ВЭС мощностью киловатт на 30–50 и запитать от нее даже батареи отопления. Но сложность постройки возрастает с повышением мощности не линейно, даже не квадратично, а по гиперболическому закону, что мы и увидим из нижеследующего.

Вес генератора — один из самых главных факторов, с которым придется считаться при постройке ВЭС. Нам ведь надо устанавливать его на довольно высокой мачте. Чем тяжелее генератор, тем прочнее и сложнее должна быть мачта. Для примера рассмотрим несколько типов генераторов. Генератор постоянного тока Г-20, мощностью 0,22 кВт, вырабатывающий ток до 18 А напряжением 12 В, весит 12,5 кг. Генератор МП-542-1/2 мощностью 3,6 кВт весит 235 кг. Генератор В-48/30-6 мощностью 45 кВт весит уже 2400 кг.

Согласитесь, что вес в 2400 кг — трудно преодолимое препятствие для любительской постройки. Чтобы поднять такой вес на высоту 6–8 метров, нужна не просто мачта, а сложное инженерное сооружение типа старинных ветряных мельниц, да и сам подъем потребует хотя бы автокрана. Можно, конечно, не поднимать генератор на высоту, установив его в основании мачтового сооружения. В этом случае потребуется сложная трансмиссионная передача от воздушного винта к генератору.