Wasserkraftwerk zum Selbermachen: So bauen Sie ein autonomes Mini-Wasserkraftwerk

Die Kraft des Wasserflusses ist eine erneuerbare natürliche Ressource, die es Ihnen ermöglicht, praktisch kostenlosen Strom zu beziehen.Die von der Natur gespendete Energie bietet die Möglichkeit, Energiekosten zu sparen und das Problem des Aufladens von Geräten zu lösen.

Wenn in der Nähe Ihres Hauses ein Bach oder Fluss fließt, lohnt es sich, diesen zu nutzen. Sie können das Grundstück und das Haus mit Strom versorgen. Und wenn Sie mit eigenen Händen ein Wasserkraftwerk bauen, erhöht sich der wirtschaftliche Effekt deutlich.

Der vorgestellte Artikel beschreibt ausführlich die Herstellungstechnologien privater Wasserbauwerke. Wir haben darüber gesprochen, was erforderlich ist, um das System einzurichten und mit den Verbrauchern zu verbinden. Hier erfahren Sie alle Möglichkeiten für Miniatur-Energieversorger aus Schrott.

Wasserkraftwerke für nichtindustrielle Zwecke

Wasserkraftwerke sind Bauwerke, die die Energie der Wasserbewegung in Elektrizität umwandeln können. Alternative grüne Energielieferanten Bisher werden sie nur im Westen aktiv genutzt. In unserem Land macht diese vielversprechende Branche nur die ersten zaghaften Schritte.

Kleine private Wasserkraftwerke können Staudämme an großen Flüssen sein, die zehn bis mehrere hundert Megawatt erzeugen, oder Mini-Wasserkraftwerke mit einer maximalen Leistung von 100 kW, was für den Bedarf eines Privathauses völlig ausreicht. Lassen Sie uns mehr über Letzteres herausfinden.

Girlandenstation mit hydraulischen Schrauben

Die Struktur besteht aus einer Kette von Rotoren, die an einem flexiblen Stahlseil befestigt sind, das über den Fluss gespannt ist. Das Kabel selbst übernimmt die Rolle einer Rotationswelle, deren eines Ende am Stützlager befestigt ist und deren anderes Ende die Generatorwelle aktiviert.

Jeder hydraulische Rotor der „Girlande“ kann etwa 2 kW Energie erzeugen, allerdings muss die Wasserströmungsgeschwindigkeit hierfür mindestens 2,5 Meter pro Sekunde betragen und die Tiefe des Reservoirs sollte 1,5 m nicht überschreiten.

Das Funktionsprinzip eines Girlanden-Wasserkraftwerks ist einfach: Der Wasserdruck dreht die Hydraulikschrauben, die das Kabel drehen und den Generator zur Energieerzeugung zwingen

Garland-Stationen wurden bereits Mitte des letzten Jahrhunderts erfolgreich eingesetzt, doch die Rolle von Propellern spielten damals selbstgebaute Propeller und sogar Blechdosen. Heutzutage bieten Hersteller verschiedene Rotortypen für unterschiedliche Betriebsbedingungen an.

Sie sind mit Schaufeln unterschiedlicher Größe aus Blech ausgestattet und ermöglichen Ihnen eine maximale Effizienz beim Betrieb der Station.

Obwohl dieser Hydrogenerator recht einfach herzustellen ist, erfordert sein Betrieb eine Reihe besonderer Bedingungen, die im wirklichen Leben nicht immer realisierbar sind. Solche Bauwerke blockieren das Flussbett, und es ist unwahrscheinlich, dass Ihre Nachbarn am Ufer, ganz zu schweigen von Vertretern der Umweltdienste, Ihnen erlauben, die Energie des Baches für Ihre Zwecke zu nutzen.

Darüber hinaus kann die Anlage im Winter nur auf nicht gefrierenden Stauseen eingesetzt werden und in rauen Klimazonen konserviert oder demontiert werden. Daher werden Girlandenstationen vorübergehend und hauptsächlich in verlassenen Gebieten (z. B. in der Nähe von Sommerweiden) errichtet.

Rotationsstationen mit einer Leistung von 1 bis 15 kW/Stunde erzeugen bis zu 9,3 MW pro Monat und ermöglichen eine eigenständige Lösung des Elektrifizierungsproblems in Regionen abseits zentraler Autobahnen

Ein modernes Analogon einer Girlandenanlage sind Tauch- oder Schwimmrahmenstationen mit Querrotoren. Im Gegensatz zu ihren Girlanden-Vorgängern blockieren diese Bauwerke nicht den gesamten Fluss, sondern nutzen nur einen Teil des Flussbetts und können auf einem Ponton/Floß installiert oder sogar auf den Grund des Stausees abgesenkt werden.

Vertikaler Daria-Rotor

Der Darrieus-Rotor ist ein Turbinengerät, das 1931 nach seinem Erfinder benannt wurde. Das System besteht aus mehreren aerodynamischen Schaufeln, die an Radialträgern befestigt sind, und arbeitet durch Differenzdruck nach dem „Lifting-Wing“-Prinzip, das im Schiffbau und in der Luftfahrt weit verbreitet ist.

Obwohl solche Anlagen meist zur Erzeugung von Windgeneratoren verwendet werden, können sie auch mit Wasser betrieben werden. In diesem Fall sind jedoch genaue Berechnungen erforderlich, um die Dicke und Breite der Schaufeln entsprechend der Stärke des Wasserflusses auszuwählen.

Der Daria-Rotor ähnelt einer „Windmühle“, die nur unter Wasser installiert ist, und kann unabhängig von saisonalen Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit betrieben werden

Vertikalrotoren werden selten zur Errichtung lokaler Wasserkraftwerke eingesetzt. Trotz der guten Effizienzindikatoren und der scheinbaren Einfachheit des Designs ist die Bedienung der Geräte recht komplex.

Vor Beginn der Arbeiten muss das System „hochgefahren“ werden, aber nur das Einfrieren des Reservoirs kann die laufende Station stoppen. Daher wird der Darrieus-Rotor hauptsächlich in Industrieunternehmen eingesetzt.

Eine interessante Lösung im Bereich der Auslegung kleiner Wasserkraftwerke mit vertikal arbeitender Turbine wurde vom österreichischen Erfinder Franz Zotleterer vorgeschlagen:

Als wesentlicher Vorteil von Whirlpool-Stationen wird zu Recht die Schonung der Fischbestände angesehen. Der Betrieb einer Vertikalturbine schadet den Lebewesen im Fluss nicht. Darüber hinaus bleibt Schlamm aufgrund der spezifischen Bewegung des Wasserflusses nicht an den Wänden von Bauwerken hängen.

Unterwasserschraubenpropeller

Tatsächlich ist dies die einfachste Luftwindmühle, nur dass sie unter Wasser installiert wird. Die Abmessungen der Schaufeln werden in Abhängigkeit von der Strömungskraft berechnet, um maximale Rotationsgeschwindigkeit und minimalen Widerstand zu gewährleisten.Wenn die aktuelle Geschwindigkeit beispielsweise 2 m/s nicht überschreitet, sollte die Breite der Klinge innerhalb von 2–3 cm liegen.

Ein Unterwasserpropeller lässt sich leicht mit eigenen Händen herstellen, ist jedoch nur für tiefe und schnelle Flüsse geeignet – in einem flachen Gewässer können rotierende Blätter Fischer, Schwimmer, Wasservögel und Tiere verletzen

Eine solche Windmühle wird „in Richtung“ der Strömung installiert, ihre Flügel funktionieren jedoch nicht aufgrund des Drucks des Wasserdrucks, sondern aufgrund der Erzeugung einer Auftriebskraft (nach dem Prinzip eines Flugzeugflügels oder eines Schiffspropellers).

Wasserrad mit Flügeln

Ein Wasserrad ist eine der einfachsten Versionen einer hydraulischen Maschine, die seit der Zeit des Römischen Reiches bekannt ist. Die Effizienz seines Betriebs hängt weitgehend von der Art der Quelle ab, auf der es installiert ist.

Das Gießrad kann sich nur durch die Strömungsgeschwindigkeit drehen, und das Füllrad kann sich nur durch den Druck und das Gewicht des von oben auf die Schaufeln fallenden Wassers drehen

Abhängig von der Tiefe und dem Grund des Gewässers können unterschiedliche Arten von Rädern eingebaut werden:

• Soße (oder Boden) – geeignet für flache Flüsse mit schneller Strömung.
• Mittlere Reichweite – sind in Kanälen mit natürlichen Kaskaden angeordnet, so dass die Strömung etwa in der Mitte der rotierenden Trommel fällt.
• Flüssigkeit (oder Overhead) – werden unter einem Damm, einem Rohr oder am Grund einer natürlichen Stromschnelle installiert, sodass das fallende Wasser seinen Weg über die Oberseite des Rades fortsetzt.

Das Funktionsprinzip ist jedoch bei allen Varianten gleich: Wasser fällt auf die Schaufeln und treibt ein Rad an, das den Generator für das Minikraftwerk in Rotation versetzt.

Hersteller von hydraulischen Geräten bieten fertige Turbinen an, deren Schaufeln speziell an eine bestimmte Wasserströmungsgeschwindigkeit angepasst sind.Aber Heimwerker stellen Trommelstrukturen auf altmodische Weise her – aus Abfallmaterialien.

Die folgende Fotoauswahl hilft Ihnen, sich mit den Schritten zum Bau der einfachsten Version eines Mini-Wasserkraftwerks vertraut zu machen:

Möglicherweise wirkt sich die mangelnde Optimierung auf die Effizienzindikatoren aus, aber die Kosten für selbstgebaute Geräte sind um ein Vielfaches günstiger als für gekaufte Analoggeräte. Daher ist ein Wasserrad die beliebteste Option für die Organisation eines eigenen Mini-Wasserkraftwerks.

Bedingungen für die Installation eines Wasserkraftwerks

Trotz der verlockenden Billigkeit der von einem Wasserkraftgenerator erzeugten Energie ist es wichtig, die Eigenschaften der Wasserquelle zu berücksichtigen, deren Ressourcen Sie für Ihren eigenen Bedarf nutzen möchten.

Denn nicht jeder Wasserlauf ist für den Betrieb eines Kleinwasserkraftwerks, insbesondere ganzjährig, geeignet, so dass es nicht schaden kann, die Möglichkeit des Anschlusses an eine zentrale Hauptleitung in Reserve zu haben.

Ein paar Vor- und Nachteile

Die Hauptvorteile eines einzelnen Wasserkraftwerks liegen auf der Hand: kostengünstige Ausrüstung, die billigen Strom erzeugt und zudem der Natur keinen Schaden zufügt (im Gegensatz zu Dämmen, die den Fluss eines Flusses blockieren). Obwohl das System nicht als absolut sicher bezeichnet werden kann, können die rotierenden Elemente der Turbinen dennoch zu Verletzungen der Bewohner der Unterwasserwelt und sogar von Menschen führen.

Um Unfälle zu vermeiden, muss das Wasserkraftwerk eingezäunt werden, und wenn die Anlage vollständig von Wasser verdeckt wird, muss am Ufer ein Warnschild angebracht werden

Vorteile von Mini-Wasserkraftwerken:

1. Im Gegensatz zu anderen „kostenlosen“ Energiequellen (Sonnenkollektoren, Windgeneratoren) können hydraulische Systeme unabhängig von Tageszeit und Wetter betrieben werden. Das Einzige, was sie stoppen kann, ist das Einfrieren des Reservoirs.
2. Um einen Hydrogenerator zu installieren, ist kein großer Fluss erforderlich – die gleichen Wasserräder können auch in kleinen (aber schnellen!) Bächen erfolgreich eingesetzt werden.
3. Die Geräte stoßen keine Schadstoffe aus, verunreinigen das Wasser nicht und arbeiten nahezu geräuschlos.
4. Um ein Mini-Wasserkraftwerk mit einer Leistung von bis zu 100 kW zu installieren, benötigen Sie keine Genehmigungen (allerdings hängt alles von den örtlichen Behörden und der Art der Installation ab).
5. Überschüssiger Strom kann an Nachbarhäuser verkauft werden.

Was die Nachteile betrifft, kann eine unzureichende Stromstärke zu einem ernsthaften Hindernis für den produktiven Betrieb der Ausrüstung werden. In diesem Fall ist der Bau von Hilfskonstruktionen erforderlich, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.

Wenn die potenzielle Energie eines nahegelegenen Flusses nach einer ungefähren Berechnung nicht ausreicht, um Strom in einer für die Praxis ausreichenden Menge zu erzeugen, lohnt es sich, darauf zu achten Methoden zum Bau von Windgeneratoren. Eine Windmühle wird als wirkungsvolle Ergänzung dienen.

Messung der Stärke des Wasserflusses

Um über die Art und Weise der Installation der Station nachzudenken, müssen Sie zunächst die Geschwindigkeit des Wasserflusses an Ihrer Lieblingsquelle messen.

Am einfachsten ist es, einen leichten Gegenstand (z. B. einen Tennisball, ein Stück Schaumstoff oder einen Angelschwimmer) auf die Stromschnellen abzusenken und mit einer Stoppuhr die Zeit zu messen, die er benötigt, um die Distanz zu einem Orientierungspunkt zurückzulegen . Die Standarddistanz für das „Schwimmen“ beträgt 10 Meter.

Wenn sich der Stausee weit vom Haus entfernt befindet, können Sie einen Umleitungskanal oder eine Rohrleitung bauen und gleichzeitig Höhenunterschiede berücksichtigen

Jetzt müssen Sie die zurückgelegte Strecke in Metern durch die Anzahl der Sekunden dividieren – das ist die Geschwindigkeit der Strömung.Wenn der resultierende Wert jedoch weniger als 1 m/s beträgt, müssen künstliche Strukturen errichtet werden, um die Strömung aufgrund von Höhenänderungen zu beschleunigen.

Dies kann mit Hilfe eines zusammenklappbaren Damms oder eines schmalen Abflussrohrs erfolgen. Aber ohne einen guten Durchfluss muss die Idee eines Wasserkraftwerks aufgegeben werden.

Herstellung eines Wasserkraftwerks auf Basis eines Wasserrades

Natürlich ist der Zusammenbau und die Errichtung eines Kolosses, der einem Unternehmen oder einer Siedlung mit nur einem Dutzend Häusern dienen soll, eine Idee aus dem Bereich der Science-Fiction. Aber der Bau eines Mini-Wasserkraftwerks mit eigenen Händen, um Strom zu sparen, ist durchaus möglich. Darüber hinaus können Sie sowohl vorgefertigte Komponenten als auch improvisierte Materialien verwenden.

Daher werden wir Schritt für Schritt die Herstellung der einfachsten Struktur betrachten – eines Wasserrades.

Benötigte Materialien und Werkzeuge

Um mit Ihren eigenen Händen ein Mini-Wasserkraftwerk zu bauen, müssen Sie ein Schweißgerät, einen Winkelschleifer, eine Bohrmaschine und einen Satz Hilfswerkzeuge vorbereiten – einen Hammer, einen Schraubendreher, ein Lineal.

Materialien, die Sie benötigen:

• Ecken und Bleche mit einer Dicke von mindestens 5 mm.
• PVC- oder verzinkte Stahlrohre zur Herstellung von Klingen.
• Generator (Sie können einen fertigen Generator verwenden oder ihn selbst herstellen, wie in diesem Beispiel).
• Bremsscheiben.
• Welle und Lager.
• Sperrholz.
• Polystyrolharz zum Gießen von Rotor und Stator.
• 15 mm Kupferdraht für einen selbstgebauten Generator.
• Neodym-Magneten.

Bitte beachten Sie, dass die Radstruktur ständig mit Wasser in Berührung kommt. Daher müssen Metall- und Holzelemente feuchtigkeitsgeschützt ausgewählt werden (oder Sie müssen sich selbst um Imprägnierung und Lackierung kümmern). Im Idealfall kann Sperrholz durch Kunststoff ersetzt werden, Holzteile sind jedoch einfacher zu beschaffen und in die gewünschte Form zu bringen.

Radmontage und Düsenherstellung

Die Basis für das Rad selbst können zwei Stahlscheiben gleichen Durchmessers sein (wenn es möglich ist, die Stahltrommel vom Kabel zu bekommen – super, das beschleunigt den Montageprozess erheblich).

Wenn in den verfügbaren Materialien jedoch kein Metall enthalten ist, können Sie Kreise aus wasserfestem Sperrholz schneiden, wobei selbst behandeltes Holz in Bezug auf Festigkeit und Lebensdauer nicht mit Stahl zu vergleichen ist. Dann müssen Sie in eine der Scheiben ein rundes Loch schneiden, um den Generator zu installieren.

Danach werden die Klingen hergestellt und es werden mindestens 16 Stück benötigt. Dazu werden verzinkte Rohre der Länge nach in zwei oder vier Teile (je nach Durchmesser) geschnitten. Anschließend müssen die Schneidbereiche und die Oberfläche der Klingen selbst poliert werden, um den Energieverlust durch Reibung zu reduzieren.

Die Schaufeln werden in einem Winkel von ca. 40–45 Grad installiert – dies trägt dazu bei, die Oberfläche zu vergrößern, die von der Strömungskraft beeinflusst wird

Der Abstand zwischen den beiden Seitenscheiben sollte möglichst der Länge der Messer entsprechen. Um die Position für zukünftige Naben zu markieren, wird empfohlen, eine Schablone aus Sperrholz anzufertigen, die die Position für jedes Teil und das Loch zur Befestigung des Rads am Generator markiert. Die fertigen Markierungen können außen auf einer der Scheiben angebracht werden.

Anschließend werden die Kreise mit massiven Gewindestangen parallel zueinander montiert und die Rotorblätter an den gewünschten Positionen angeschweißt oder verschraubt. Die Trommel dreht sich auf Lagern und als Stütze dient ein Rahmen aus Winkeln oder Rohren mit kleinem Durchmesser.

In diesem Stadium kann die Montage der Trommel als abgeschlossen betrachtet werden; es bleibt nur noch, sie mit einem selbstgebauten Generator und einer Düse auszustatten, die den Wasserfluss leitet

Die Düse ist für Wasserquellen vom Kaskadentyp ausgelegt. Mit einer solchen Installation können Sie die Strömungsenergie maximal nutzen. Dieses Hilfselement wird durch Biegen von Blechen, anschließendes Schweißen der Nähte und anschließende Montage an einem Rohr hergestellt.

Wenn Ihr Gebiet jedoch über einen flachen Fluss ohne Stromschnellen oder andere hochgelegene Hindernisse verfügt, ist diese Angabe nicht erforderlich.

Es ist wichtig, dass die Breite des Düsenauslasses der Breite des Rades selbst entspricht, da sonst ein Teil des Stroms „im Leerlauf“ bleibt und die Schaufeln nicht erreicht

Jetzt muss das Rad auf die Achse montiert und auf einem Träger aus geschweißten oder geschraubten Ecken montiert werden. Es bleibt nur noch, einen Generator zu bauen (oder einen fertigen zu installieren) und schon können Sie zum Fluss gehen.

DIY-Generator

Um einen selbstgebauten Generator herzustellen, müssen Sie den Stator wickeln und füllen, wofür Sie Spulen mit jeweils 125 Windungen Kupferdraht benötigen. Nach dem Verbinden wird die gesamte Struktur mit Polyesterharz gefüllt.

Jede Phase besteht aus drei in Reihe geschalteten Strängen, sodass die Verbindung in Form eines Sterns oder eines Dreiecks mit mehreren externen Leitungen erfolgen kann

Jetzt müssen Sie eine Sperrholzschablone vorbereiten, die der Größe der Bremsscheibe entspricht.

Auf dem Holzring sind Markierungen und Schlitze für die Montage von Magneten angebracht (in diesem Fall wurden Neodym-Magnete mit einer Dicke von 1,3 cm, einer Breite von 2,5 cm und einer Länge von 5 cm verwendet). Anschließend wird der entstandene Rotor ebenfalls mit Harz gefüllt und nach dem Trocknen an der Radtrommel befestigt.

Wasserrad mit einem Rotor aus Bremsscheiben und einem Generator aus Spulen aus Kupferdraht – bemalt, vorzeigbar und betriebsbereit

Als letztes muss ein Aluminiumgehäuse mit einem Amperemeter installiert werden, das die Gleichrichter abdeckt. Die Aufgabe dieser Elemente besteht darin, Drehstrom in Gleichstrom umzuwandeln.

Nach der Installation des Rades im Flusslauf eines kleinen Flusses mit einer Kaskade oder einem Auslassrohr können Sie mit der Leistung eines Mini-Wasserkraftwerks von 1,9 A * 12 V bei 110 U/min rechnen

Um zu verhindern, dass Blätter, Sand und andere mit der Strömung mitgebrachte Fremdkörper in das Rad gelangen, empfiehlt es sich, vor dem Gerät ein Schutznetz anzubringen.

Sie können auch mit den Lücken zwischen den Magneten und Spulen mit einer erhöhten Windungszahl experimentieren, um die Effizienz der Hydraulikstation zu erhöhen.

Über alle Arten Alternative Energiequellen Sie werden es herausfinden, indem Sie den Artikel lesen, der der Einführung „grüner Technologien“ in den Alltag gewidmet ist.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Video Nr. 1. Ein Beispiel für eine funktionierende hydraulische Anlage mit einem selbstgebauten Generator auf Basis eines Drehstrommotors:

Video Nr. 2. Mini-Wasserkraftwerk nach dem Prinzip eines Wasserrades:

Video Nr. 3. Eine Station auf Basis eines Fahrradrades ist eine interessante Möglichkeit, das Problem der Energieversorgung im Urlaub fernab der Zivilisation zu lösen:

Wie Sie sehen, ist der Bau eines Wasser-Minikraftwerks mit eigenen Händen gar nicht so schwierig. Da die meisten Berechnungen und Parameter seiner Komponenten jedoch „nach Augenmaß“ ermittelt werden, sollten Sie auf mögliche Ausfälle und damit verbundene Kosten vorbereitet sein.

Wenn Ihnen in diesem Bereich Wissen und Erfahrung fehlen, sollten Sie auf Spezialisten vertrauen, die alle notwendigen Berechnungen durchführen, die für Ihren Fall optimale Ausrüstung empfehlen und diese effizient installieren.

Bitte schreiben Sie Kommentare in den Block unten. Teilen Sie interessante Informationen und nützliche Empfehlungen, hinterlassen Sie thematische Fotos.Vielleicht möchten Sie uns erzählen, wie Sie mit eigenen Händen ein funktionierendes Wasserkraftwerk auf einem Vorstadtgrundstück gebaut haben? Wir würden uns freuen, Ihre Geschichte über den Prozess und die Bedienung des Geräts zu lesen.