Hoe u zelf rotorbladen voor een windgenerator maakt: voorbeelden van zelfgemaakte wieken voor een windturbine

Het gebruik van alternatieve energiebronnen is een van de belangrijkste trends van onze tijd. Schone en betaalbare windenergie kan zelfs bij u thuis worden omgezet in elektriciteit als u een windmolen bouwt en deze aansluit op een generator.

Rotorbladen voor een windgenerator kunt u zelf maken van alledaagse materialen, zonder speciaal gereedschap. Wij vertellen u welke bladvorm het meest efficiënt is, en helpen u bij het kiezen van een geschikte tekening voor uw windenergiecentrale.

Hoe werkt een eenvoudige windgenerator?

Een windgenerator is een apparaat dat windenergie omzet in elektriciteit.

Het werkingsprincipe ervan is dat de wind de bladen doet draaien, waardoor een as in beweging komt die de rotatie via een versnellingsbak die de snelheid verhoogt, naar de generator overbrengt.

De prestaties van een windmolen worden beoordeeld op basis van de KIEV – de coëfficiënt van windenergiebenutting. Als het windwiel snel draait, staat het in contact met een grotere hoeveelheid wind, wat betekent dat het meer energie onttrekt.

Er worden twee hoofdtypen windgeneratoren onderscheiden:

• verticale;
• horizontale.

Verticaal georiënteerde modellen zijn zo gebouwd dat de as van de propeller loodrecht op de grond staat. Op die manier brengt elke beweging van de luchtmassa's, ongeacht de richting, de constructie in beweging.

Deze veelzijdigheid is een pluspunt van dit type windturbines, maar ze presteren minder goed dan horizontale modellen qua opbrengst en efficiëntie.

Een horizontale windgenerator lijkt op een windwijzer. Om de bladen te laten draaien, moet de constructie in de juiste richting worden gedraaid, afhankelijk van de windrichting.

Voor het controleren en opvangen van veranderingen in windrichting worden speciale instrumenten geplaatst. Het rendement bij deze plaatsing van de schroef is aanzienlijk hoger dan bij verticale oriëntatie. In huishoudelijk gebruik is het rationeler om windturbines van dit type te gebruiken.

Welke bladvorm is optimaal?

Een van de belangrijkste elementen van een windturbine is de set bladen.

Er zijn een aantal factoren die verband houden met deze onderdelen en die de efficiëntie van de windturbine beïnvloeden:

• gewicht;
• afmeting;
• vorm;
• materiaal;
• aantal.

Als u besluit bladen te ontwerpen voor een zelfgemaakte windturbine, moet u zeker al deze parameters in overweging nemen. Sommigen denken dat hoe meer vleugels op de schroef van de generator, hoe meer windenergie kan worden verkregen. Met andere woorden, hoe meer, hoe beter.

Dit is echter verre van het geval. Elk afzonderlijk onderdeel beweegt en overwint luchtweerstand. Een groot aantal bladen op de schroef vereist dus een sterkere wind om één omwenteling te maken.

Bovendien kunnen te veel brede vleugels de oorzaak zijn van de vorming van een zogenaamde 'luchtkap' voor de schroef, waarbij de luchtstroom niet door de windturbine gaat, maar eromheen stroomt.

Vorm is van groot belang. De snelheid van de schroef hangt ervan af. Slechte stroming veroorzaakt wervelingen die het windwiel afremmen.

De meest efficiënte is een eenbladige windturbine. Maar het is zeer moeilijk om deze met de hand te bouwen en te balanceren. De constructie blijkt onbetrouwbaar, al heeft het een hoog rendement. Volgens de ervaring van veel gebruikers en fabrikanten van windturbines is het meest optimale model een driebladige.

Het gewicht van het blad hangt af van de grootte en het materiaal waarvan het wordt gemaakt. De maat moet zorgvuldig worden gekozen, met behulp van formules voor berekeningen. Het is beter om de randen zo te bewerken dat er aan één kant een afronding is en de tegenoverliggende kant scherp is.

Een goed gekozen bladvorm voor een windturbine is de basis van een goede werking.

Voor thuisproductie zijn de volgende opties geschikt:

• zeiltype;
• van het vleugelprofieltype.

Bladen van het zeiltype zijn eenvoudige brede stroken, zoals op een windmolen. Dit model is het meest voor de hand liggend en eenvoudig te vervaardigen. Het rendement is echter zo laag dat deze vorm vrijwel niet wordt toegepast in moderne windturbines. Het rendement bedraagt in dit geval ongeveer 10-12%.

Een veel efficiëntere vorm zijn bladen met een vleugelprofiel. Hierbij worden de aerodynamische principes gebruikt die enorme vliegtuigen in de lucht houden. Een schroef met deze vorm is gemakkelijker in beweging te brengen en draait sneller. De luchtstroming vermindert de weerstand die de windturbine op zijn pad ondervindt aanzienlijk.

Het juiste profiel moet lijken op een vliegtuigvleugel. Aan de ene kant heeft het blad een verdikking, en aan de andere kant – een flauwe helling. Luchtmassa's stromen zeer vloeiend om een onderdeel met deze vorm heen.

Het rendement van dit model bereikt 30-35%. Het goede nieuws is dat u een vleugelprofielblad met uw eigen handen kunt bouwen met een minimum aan gereedschap. Alle basisberekeningen en tekeningen kunnen eenvoudig worden aangepast aan uw eigen windturbine en u kunt onbeperkt gebruikmaken van gratis en schone windenergie.

Waarvan worden bladen thuis gemaakt?

Materialen die geschikt zijn voor de bouw van een windturbine zijn vooral plastic, lichte metalen, hout en een moderne oplossing: glasvezel. De belangrijkste vraag is hoeveel moeite en tijd u bereid bent te besteden aan het maken van de windturbine.

PVC-rioolbuizen

Het meest populaire en wijdverbreide materiaal voor het maken van plastic bladen voor een windturbine is een gewone PVC-rioolbuis. Voor de meeste thuisgeneratoren met een schroefdiameter tot 2 meter is een buis van 160 mm voldoende.

De voordelen van deze methode zijn:

• lage prijs;
• beschikbaarheid in elke regio;
• eenvoud van werken;
• een groot aantal schema's en tekeningen op internet, veel ervaring met gebruik.

Buizen zijn er in verschillende soorten. Dat weten niet alleen degenen die zelf windturbines maken, maar iedereen die te maken heeft gehad met de installatie van riolering of waterleiding. Ze verschillen in dikte, samenstelling en fabrikant. Een buis is niet duur, dus u hoeft niet te proberen uw windturbine nog goedkoper te maken door te besparen op PVC-buizen.

Materiaal van lage kwaliteit van kunststof buizen kan ertoe leiden dat de bladen bij de eerste test barsten en al het werk voor niets is gedaan.

Eerst moet u het patroon bepalen. Er zijn veel varianten, elke vorm heeft zijn eigen nadelen en voordelen. Misschien is het zinvol om eerst te experimenteren voordat u de definitieve versie uitsnijdt.

Omdat de prijs van buizen laag is en u ze in elke bouwmarkt kunt vinden, is dit materiaal uitstekend geschikt voor de eerste stappen in het modelleren van bladen. Als er iets misgaat, kunt u altijd nog een buis kopen en opnieuw proberen; uw portemonnee zal niet veel lijden onder dergelijke experimenten.

Ervaren gebruikers van windenergie hebben gemerkt dat het beter is om oranje buizen te gebruiken voor het maken van bladen voor een windgenerator in plaats van grijze. Ze behouden hun vorm beter, buigen niet na het vormen van het vleugelprofiel en gaan langer mee.

Amateurontwerpers geven de voorkeur aan PVC, omdat tijdens tests een gebroken blad kan worden vervangen door een nieuw blad dat in 15 minuten ter plaatse kan worden gemaakt, mits er een geschikt patroon is. Eenvoudig en snel, en vooral betaalbaar.

Een foto-instructie voor het maken van windturbinebladen van polymeerbuizen helpt u om de stappen en de volgorde van het proces visueel onder de knie te krijgen:

Alle voorbereidende stappen zijn voltooid, nu moeten de bladen worden bevestigd aan het onderdeel dat met de wind mee draait:

Aluminium – dun, licht en duur

Aluminium is een licht en sterk metaal. Het wordt traditioneel gebruikt voor het maken van bladen voor windgeneratoren. Dankzij het lage gewicht, als de plaat de juiste vorm krijgt, zullen de aerodynamische eigenschappen van de propeller uitstekend zijn.

De belangrijkste belastingen die een windmolen tijdens het draaien ondervindt, zijn gericht op buigen en scheuren van het blad. Als plastic bij dergelijk werk snel barst en defect raakt, kunt u veel langer op een aluminium propeller rekenen.

Echter, als men aluminium vergelijkt met PVC-buizen, zullen metalen platen nog steeds zwaarder zijn. Bij hoge rotatiesnelheid is er een groot risico om niet het blad zelf te beschadigen, maar de propeller op de bevestigingsplaats.

Nog een nadeel van aluminium onderdelen is de moeilijkheid van fabricage. Als een PVC-buis een bocht heeft die wordt gebruikt om aerodynamische eigenschappen aan het blad te geven, wordt aluminium meestal in plaatvorm genomen.

Na het uitsnijden van het onderdeel volgens een patroon, wat op zichzelf veel moeilijker is dan werken met plastic, moet de verkregen ruwe vorm nog worden gewalst en de juiste bocht krijgen. Thuis en zonder gereedschap zal dit niet zo eenvoudig zijn.

In plaats van duur aluminium kunnen restjes dakbedekkingsblik of stukken golfplaat worden gebruikt die overblijven na het leggen:

Glasvezel of glasweefsel – voor professionals

Als u bewust te werk wilt gaan bij het maken van de bladen en bereid bent er veel tijd en moeite in te steken, is glasvezel geschikt. Als u nog geen ervaring heeft met windgeneratoren, is het geen goed idee om kennis te maken met het modelleren van een windmolen van glasweefsel. Dit proces vereist immers ervaring en praktische vaardigheden.

Een blad van meerdere lagen glasweefsel, samengebonden met epoxylijm, is sterk, licht en betrouwbaar. Bij een groot oppervlak wordt het onderdeel hol en bijna gewichtloos.

Voor de fabricage wordt glasweefsel gebruikt – een dun en sterk materiaal dat in rollen wordt geleverd. Naast glasvezel is epoxylijm nodig om de lagen te hechten.

Het werk begint met het maken van een mal. Dit is een voorvorm die de vorm voor het toekomstige onderdeel vertegenwoordigt.

De mal kan van hout worden gemaakt: van balken, planken of boomstammen. Rechtstreeks uit massief hout wordt een driedimensionale omtrek van de helft van het blad uitgehakt. Een andere optie is een vorm van plastic.

Het is erg moeilijk om zelf een voorbereiding te maken, u moet een kant-en-klaar model van het blad van hout of ander materiaal voor ogen hebben, en pas daarna wordt op basis van dit model de mal voor het onderdeel uitgesneden. Er zijn ten minste 2 van dergelijke mallen nodig. Als u echter eenmaal een succesvolle vorm heeft gemaakt, kunt u deze herhaaldelijk gebruiken en zo niet slechts één windmolen bouwen.

De bodem van de vorm wordt zorgvuldig met was ingesmeerd. Dit wordt gedaan zodat het afgewerkte blad later gemakkelijk kan worden verwijderd. Er wordt een laag glasvezel gelegd en met epoxylijm bestreken. Het proces wordt meerdere keren herhaald totdat de voorbereiding de gewenste dikte heeft bereikt.

Vervolgens moet de lijm drogen. Sommigen adviseren om de vorm in een vacuümzak te plaatsen en de lucht af te zuigen. Zo dringt de lijm beter door in alle lagen van het glasweefsel, zonder ondoordrenkte plekken achter te laten.

Wanneer de epoxylijm is opgedroogd, wordt de helft van het onderdeel voorzichtig uit de mal gehaald. Hetzelfde wordt gedaan met de tweede helft. De delen worden aan elkaar gelijmd om een hol driedimensionaal onderdeel te verkrijgen. Een licht, sterk en aerodynamisch gevormd glasvezelblad – het hoogtepunt van vakmanschap voor de thuisliefhebber van windenergiecentrales.

Het grootste nadeel ervan is de complexiteit van de uitvoering van het idee en het grote aantal defecten in het begin, totdat de perfecte mal is verkregen en het productiealgoritme is verfijnd.

Goedkoop en effectief: een houten onderdeel voor het windwiel

Een houten blad – een ouderwetse methode die gemakkelijk uitvoerbaar is, maar weinig effectief bij het huidige elektriciteitsverbruik. U kunt het onderdeel maken uit een massieve plank van lichte houtsoorten, bijvoorbeeld grenen. Het is belangrijk om een goed gedroogd houten voorbereiding te kiezen.

Als het hout vochtig is, kan de schroef tijdens het droogproces “kromtrekken” en vervormen. Bovendien is het gewicht van vochtig hout aanzienlijk hoger dan dat van droog hout.

U moet een geschikte vorm kiezen, maar rekening houden met het feit dat een houten blad geen dunne plaat zal zijn, zoals aluminium of plastic, maar een driedimensionale constructie. Daarom is het niet voldoende om de voorbereiding een vorm te geven; u moet de principes van aerodynamica begrijpen en u de contouren van het blad in alle drie de dimensies voorstellen.

Het hout de uiteindelijke vorm geven moet met een schaaf, bij voorkeur elektrisch. Voor duurzaamheid wordt het hout behandeld met een antiseptische beschermende lak of verf.

Het grootste nadeel van een dergelijke constructie is het grote gewicht van de schroef. Om dit gevaarte te verplaatsen, moet de wind sterk genoeg zijn, wat in principe moeilijk te realiseren is. Hout is echter een toegankelijk materiaal. Planken die geschikt zijn voor het maken van de schroef van een windgenerator, kunt u direct in uw eigen tuin vinden, zonder een cent uit te geven. En dat is het belangrijkste voordeel van hout in dit geval.

Het rendement van een houten blad neigt naar nul. Over het algemeen zijn de tijd en moeite die in de bouw van zo’n windmolen gaan, de opbrengst in watt niet waard. Maar als leermodel of proefexemplaar is een houten onderdeel zeker acceptabel. Bovendien staat een windvaan met houten bladen indrukwekkend op het perceel.

De volgende fotoserie laat de stappen zien voor het maken van een windmolen met uit multiplex gesneden bladen:

Het werkende deel is klaar en getest op functionaliteit, dus hoeven we het alleen nog te schilderen en aan de mast te bevestigen:

Tekeningen en voorbeelden van bladen

Het is erg moeilijk om een correcte berekening van de wiek van een windturbine te maken zonder de basisparameters te kennen die in de formule worden weergegeven en zonder te begrijpen hoe deze parameters de werking van de windturbine beïnvloeden.

Het is beter om uw tijd niet te verspillen als u geen behoefte heeft om de basis van aerodynamica te begrijpen. Kant-en-klare tekeningen en schema's met vastgestelde parameters helpen u bij het kiezen van een geschikte wiek voor een windturbine.

Tekening van een wiek voor een tweebladige rotor. Gemaakt van een rioolbuis met diameter 110. De diameter van de windturbinerotor in deze berekeningen is 1 m.

Een dergelijke kleine windgenerator zal u niet van een hoog vermogen kunnen voorzien. Waarschijnlijk zult u uit deze constructie niet meer dan 50 W kunnen halen. Een tweebladige rotor van lichte en dunne PVC-buis geeft echter een hoge rotatiesnelheid en zorgt voor werking van de windturbine, zelfs bij lage windsnelheden.

Tekening van een wiek voor een driebladige rotor van een windturbine uit een buis met diameter 160 mm. De ontwerp-snelheidsverhouding in deze variant is 5 bij een windsnelheid van 5 m/s.

Een driebladige rotor van deze vorm kan worden gebruikt voor krachtigere eenheden, ongeveer 150 W bij 12 V. De diameter van de gehele rotor in dit model bedraagt 1,5 m. Het windwiel zal snel draaien en gemakkelijk in beweging komen. Een windturbine met drie wieken komt het meest voor in thuiscentrales.

Tekening van een zelfgemaakte wiek voor een 5-bladige rotor van een windturbine. Gemaakt van PVC-buis met diameter 160 mm. Ontwerp-snelheidsverhouding – 4.

Een dergelijke vijfbladige rotor kan tot 225 omwentelingen per minuut produceren bij de ontwerpwindsnelheid van 5 m/s. Om de wiek volgens de voorgestelde tekeningen te bouwen, moeten de coördinaten van elk punt uit de kolommen 'Coördinaten van het sjabloon voor/achter' worden overgebracht op het oppervlak van de plastic rioolbuis.

Met behulp van de onderstaande tabel kunt u de diameter berekenen van een windturbine met 2 tot 16 wieken. Daarbij kunt u de maat kiezen rekening houdend met het gewenste uitgangsvermogen.

Uit de tabel blijkt dat hoe meer wieken de windturbine heeft, hoe korter hun lengte moet zijn om stroom van hetzelfde vermogen te verkrijgen.

Zoals de praktijk laat zien, is het onderhouden van een windgenerator met een diameter groter dan 2 meter vrij moeilijk. Als u volgens de tabel een grotere windturbine nodig heeft, overweeg dan om het aantal wieken te vergroten.

Het artikel, waarin het berekeningsproces stap voor stap wordt beschreven, maakt u vertrouwd met de regels en principes van de berekening van een windgenerator.

Balanceren van de windmolen

Het balanceren van de wieken van een windturbine helpt om de werking ervan zo efficiënt mogelijk te maken. Om het balanceren uit te voeren, moet u een ruimte vinden waar geen wind of tocht is. Uiteraard zal het voor een windrad met een diameter van meer dan 2 m moeilijk zijn om zo'n ruimte te vinden.

De wieken worden samengevoegd tot een complete constructie en in de werkpositie geplaatst. De as moet strikt horizontaal en waterpas worden geplaatst. Het vlak waarin de propeller zal draaien, moet strikt verticaal worden opgesteld, loodrecht op de as en het grondniveau.

De propeller die niet beweegt, moet 360/x graden worden gedraaid, waarbij x = het aantal wieken. Idealiter zal een gebalanceerde windturbine geen enkele graad afwijken en stil blijven staan. Als een wiek door zijn eigen gewicht is gedraaid, moet u deze iets bijstellen, het gewicht aan één kant verminderen en de afwijking van de as wegnemen.

Het proces wordt herhaald totdat de propeller in elke positie absoluut stilstaat. Het is belangrijk dat er tijdens het balanceren geen wind is. Dit kan de testresultaten vertekenen.

Het is ook belangrijk om te controleren of alle delen strikt in één vlak draaien. Ter controle worden op een afstand van 2 mm aan beide zijden van een van de wieken controleplaten geplaatst. Tijdens de beweging mag geen enkel deel van de propeller de plaat raken.

Voor het gebruik van een windgenerator met zelfgemaakte bladen moet u een systeem assembleren dat de opgewekte energie accumuleert, opslaat en aan de verbruiker levert. Een van de componenten van het systeem is de controller. Hoe u een controller voor een windmolen kunt maken, leert u door het door ons aanbevolen artikel te lezen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Het is heel goed mogelijk om met uw eigen handen een windturbine te bouwen van alledaagse materialen. Als u met eenvoudigere modellen begint, zal de eerste poging waarschijnlijk succesvol zijn. Naarmate u meer ervaring krijgt, kunt u complexere ideeën aanpakken om een zo efficiënt en krachtig mogelijke windgenerator te krijgen.

Video #1. Hoe maak je een windturbine van PVC-buizen:

Video #2. Zelfgemaakte windgenerator:

Video #3. Windturbine van gegalvaniseerd staal:

Als u schone en veilige windenergie voor huishoudelijk gebruik wilt gebruiken en niet van plan bent enorme bedragen uit te geven aan dure apparatuur, dan zijn zelfgemaakte wieken van gewone materialen een geschikt idee. Wees niet bang voor experimenten, en u zult de bestaande modellen van windturbinewieken nog verder kunnen verbeteren.

Wilt u vertellen hoe u zelf de wieken heeft gemaakt voor een windturbine die een zomerhuis van elektriciteit voorziet? Wilt u nuttige informatie delen met bezoekers van de site of een vraag stellen? Schrijf dan uw opmerkingen in het onderstaande blok.