ساخت توربین بادی خانگی معمولاً بر مدل‌های محور افقی (HAWT) یا محور عمودی (VAWT مانند ساوونیوس) تمرکز دارد که توان خروجی آن‌ها از 500 وات تا 5 کیلووات متغیر است.
۱. تجهیزات لازم و قطعات کلیدی
برای ساخت یک توربین بادی، قطعات را می‌توان به چهار بخش اصلی تقسیم کرد:
بخش | قطعه | ملاحظات تخصصی |
۱. روتور (پره‌ها) | پره‌ها (Blades) | معمولاً ۳ یا ۵ پره. جنس آن‌ها باید سبک (مانند PVC، فایبرگلاس یا آلومینیوم سبک) و مقاوم در برابر آب و اشعه UV باشد. |
۲. ناسل (Nacelle) | ژنراتور (Alternator) | ژنراتور مغناطیس دائم (Permanent Magnet Generator یا PMG) با ولتاژ خروجی ۱۲ یا ۲۴ ولت DC برای شارژ باتری. |
محور و بلبرینگ‌ها | استفاده از بلبرینگ‌های باکیفیت و ضد زنگ برای کاهش اصطکاک و تحمل بار جانبی باد. | |
دم توربین (Tail Vane) | (فقط در HAWT) برای جهت‌دهی روتور به سمت باد. | |
۳. پایه و دکل | دکل/برج | باید به ارتفاع حداقل ۶ تا ۹ متر از سطح زمین یا سقف باشد تا از لایه مرزی باد ساختمان‌ها فاصله بگیرد. باید توانایی تحمل بار و لرزش توربین را داشته باشد. |
۴. سیستم الکتریکی | کنترلر شارژ باد | برای تنظیم جریان ورودی به باتری، جلوگیری از شارژ بیش از حد و محافظت در برابر ولتاژ بالا در بادهای شدید. |
باتری ذخیره (Battery Bank) | معمولاً باتری‌های دیپ سایکل (Deep Cycle) AGM یا GEL با ظرفیت بالا. | |
اینورتر (Inverter) | برای تبدیل برق DC ذخیره شده در باتری به برق AC ۲۲۰ ولت خانگی. |
۲. راهنمای گام به گام ساخت (مدل محور افقی کوچک)
این راهنما بر ساخت اجزای مکانیکی و نصب ژنراتور تمرکز دارد:
گام | فرآیند | نکات اجرایی |
گام ۱: ساخت پره‌ها | برش و شکل‌دهی پره‌ها | پره‌ها باید دارای پروفیل آیرودینامیک (Aero-foil) باشند تا نیروی لیفت تولید کنند. استفاده از لوله‌های PVC ضخیم با برش دقیق برای ساخت پره‌های ساده رایج است. |
گام ۲: مونتاژ هاب و روتور | اتصال پره‌ها به هاب مرکزی | اطمینان از تعادل وزنی دقیق بین پره‌ها. عدم تعادل باعث لرزش شدید و خرابی بلبرینگ‌ها می‌شود. |
گام ۳: نصب ژنراتور | قرار دادن ژنراتور در ناسل | ژنراتور به محور روتور متصل می‌شود. در مدل‌های بدون گیربکس (Direct Drive)، ژنراتور مستقیماً می‌چرخد. |
گام ۴: ساخت مکانیسم گردان (Yaw) | اتصال ناسل به دکل | استفاده از یک لوله فلزی و بلبرینگ‌های عمودی برای اجازه دادن به ناسل جهت چرخش آزادانه به دنبال جهت باد. |
گام ۵: نصب دکل | برپایی و تثبیت دکل | دکل باید به صورت ایمن توسط کابل‌های مهار (Guy Wires) یا فونداسیون محکم بتنی تثبیت شود. |
گام ۶: اتصال سیستم الکتریکی | سیم‌کشی به کنترلر و باتری | سیم‌های خروجی ژنراتور را به کنترلر شارژ باد متصل کنید. کنترلر نیز به باتری و سپس به اینورتر وصل می‌شود. |
۳. بازدهی، توان خروجی و ملاحظات مالی
الف) توان خروجی (Output Power)
توان خروجی یک توربین بادی به صورت نمایی به سرعت باد وابسته است:
mathbfP = 0.5 times rho times A times C_p times V^3
- V (سرعت باد): مهم‌ترین عامل؛ توان با مکعب سرعت باد (V^3) افزایش می‌یابد.
- A (مساحت جاروب شده): متناسب با مربع طول پره.
- C_p (ضریب توان): حداکثر ضریب توان برای توربین‌های بادی 0.59 (حد بتز) است. توربین‌های خانگی معمولاً در حدود 0.2 تا 0.4 کار می‌کنند.
مشخصات توربین خانگی | توان تولیدی تخمینی (در باد ۱۰ متر بر ثانیه) |
قطر روتور ۱.۲ متر | حدود ۲۰۰ تا ۴۰۰ وات |
قطر روتور ۳ متر | حدود ۱.۵ تا ۳ کیلووات |
ب) هزینه‌های تخمینی ساخت (مقیاس ۵۰۰ وات تا ۱ کیلووات)
هزینه‌ها بسته به کیفیت قطعات و موجود بودن مواد اولیه متغیر است، اما ساخت یک کیت می‌تواند مقرون به صرفه‌تر از خرید مدل‌های آماده باشد.
- هزینه ژنراتور PMG: عمده‌ترین هزینه الکتریکی.
- هزینه کنترلر شارژ و اینورتر: بخش قابل توجهی از هزینه الکتریکی.
- هزینه دکل و فونداسیون: عمده‌ترین هزینه مکانیکی، به ویژه برای دکل‌های بلند و ایمن.
توجه: هزینه‌های مدل‌های تجاری آماده ۵۰۰ وات معمولاً از چند میلیون تا ده‌ها میلیون تومان متغیر است (بر اساس جستجوی بازار). ساخت دستی اگرچه ارزان‌تر است، اما ممکن است بازدهی کمتری داشته باشد.
ج) مارک‌های معتبر (تجهیزات مکمل)
- ژنراتورها: ژنراتورهای مغناطیس دائم شرکت‌های معتبر که برای سرعت‌های پایین مناسب هستند، توصیه می‌شوند.
- کنترلرها: برندهایی مانند Morningstar، MidNite یا مدل‌های تخصصی شارژ توربین بادی که قابلیت ترمز الکترونیکی (Electric Brake) دارند (برای محافظت در برابر سرعت بیش از حد باد).
۴. ملاحظات ایمنی و نصب
- ایمنی ارتفاع: دکل باید در نقطه‌ای نصب شود که در صورت سقوط، خطری برای افراد یا اموال ایجاد نکند. نصب روی بام فقط در صورت تأیید استحکام ساختمان مجاز است.
- حفاظت در برابر باد شدید: سیستم باید مجهز به مکانیسم محافظتی باشد. این می‌تواند شامل ترمز الکترونیکی (قفل کردن ژنراتور)، مکانیسم خم شدن دُم (Furling) یا ترمز هیدرولیکی/مکانیکی باشد.
- تخلیه بار (Diversion Load): کنترلر شارژ خوب دارای یک بار انحرافی (Dump Load) است تا انرژی مازاد تولیدی در زمان پر بودن باتری‌ها را به یک مقاومت حرارتی ایمن منتقل کند.
