سيتم تقديم المفاهيم الأساسية هنا ولكن متاح لكم القراءة أعمق في هذه الهواية الجيدة. يمكنك الحصول على ثروة من المعلومات الإضافية عبر مختلف المصادر وأتمنى مساعدتكم في عمل هذا النموذج.

17000 تصميم ناجح لمولدات الطاقة الهوائية بواسطة بارت مان دان (www.otherpower.com)

هيو بيجوت هو مالك التصاميم الشعبية
(www.scoraigwind.com)

سنتحدث في هذا المقال عن الجانب النظري قليلا لهذا المشروع، وإذا كنت تريد طريقة الصنع بالحرف الواحد فستجد معلومات مفصلة عن الصنع في المقالات التالية:

كان مغناطيس نيوديميوم (Neodymium) عنصرا أساسيا للتنمية التكنولوجية التي تسمح ببناء مولد ذو كفاءة عالية. يستخدم هذا المغناطيس في محركات الأقراص الصلب (Hard disk, Disque dure) لذلك فهو اصبح متاحا لجميع الأغراض ومتاحا في احجام متنوعة وهذه الصور ترينا بعض انواعه.

"المجال المغناطيسي" هو المصطلح التقني لخطوط القوة التي يتم رسمها في كثير من الأحيان رمزا للخطوط التي تكون حول المغناطيس. يوجد للمغناطيس قطبين شمالي وجنوبي.

يتم تصنيع المغناطيس عن طريق تجميد قطبيه أولا بواسطة تيار كهرمغناطيسي. وإذا تعرض مغناطيس للحرارة فإن قوته تضعف.

2” × 1” × 0.5”

خطوط المجال المغناطيسي حول المغناطيس

1” Diameter × 0.5”

هذه تفاصيل إضاقية حول أنواع المغانيط:

هناك امثلة قليلة لتحسين فهم كيفية التلاعب بالمجالات المغناطيسية. عند انجذاب الأجسام المعدنية إلى المغناطيس فإننا نرى الإنجذاب ولكن لا نرى المجال الذي يجذبه إليه.

عند الإتصال بالمغناطيس تصبح خطوط الحقل مركزة جدا ولو كان الجسم المعدني سميكا سيتم تسريب جزء من المجال، والصور التالية توضح التجاذب والتنافر بين أقطاب المغناطيس.

يمكننا التلاعب بالمجال المغناطيسي لصالحنا، فعند صنع المغناطيس الدائم من خلال التركيز على التدفق في لوحات الحديد والناتج من التنافر بين الأقطاب، يمكننا توجيه قدرا من الطاقة الممكنة خلال الفجوة بين طبقي الدوار. والمنتج النهائي يكون عادة مثل هذا الشكل المبين في الصورة جانبه. هذه مجموعة من المغناطيسات المستديرة التي تولد لنا تدفقا محوريا.

كما يوجد منها اشكالا مستطيلة تستخدم عندما نود صنع مولدات ريحية كبيرة، وتكون لفائف الأسلاك (الوشيعات) فيها أكثر إحكاما. من الأهمية بمكان أن يصنع الدوار من الحديد أو الفولاذ، حتى يتم تحقيق التدفق المغناطيسي عبرها.

يتم ترتيب المغانيط (ش – ج – ش – ج) حول محيط الدوار. وفي الجهة المقابلة على الدوار الآخر، تكون الوشيعات (لفائف الأسلاك) مقابلة للمغانيط. عندئذ، عندما تدور المغانيط، يتم توليد الفيض المغناطيسي الذي يبدأ رحلته بالانتقال من وشيعة إلى مغناطيس ثم عبر الدوار ليصل للمغناطيس المجاور وينتقل للوشيعة المقابلة وهلم جرا... الرسم التالي يبين لك ما نقول:

والآن مع لفائف الأسلاك التي لا تفعل شيئا من تلقاء نفسها ولكن في وجود المغناطيس يحدث امر مدهش مع تدفق المجال المغناطيسي، لكن لا يحدث هذا وهي ساكنة فلا بد من الحركة لكي يتولد هذا الأخير. كلما ازدادت السرعة كلما نتج جهد كهربائي معتبر. يتم إنتاج نبضات كهربائية ناتجة عن ترتيب المغانيط (ش – ج – ش – ج) ومقابلاتها الوشيعات.
ش: تعني شمال
ج: تعني جنوب

في الصورة التالية استخدمنا 9 وشيعات من الأسلاك كلها بنفس الحجم وبنفس عدد اللفات، وهي مصنوعة من سلك قد تجده بأحجام مختلفة ونحن سنختار ما يناسبنا من الأسلاك للقيام بمشروعنا.

تلتقط حلقة واحدة منها كمية معتبرة من الجهد الكهربائي في حقل مغناطيسي متغير، فما بالك بـ 9 وشيعات او أكثر. حتما سيحتفظن بقدر كبير منها ويجب مراعاة التوازن في عدد اللفات مع عدد الوشيعات، واتمنى ان اقدم لكم رسما بيانيا مفيدا في هذه النقطة.

إذا استخدمنا الأسلاك العادية المعزولة بالبلاستيك فاننا سنضيع قدرا كبيرا من الطاقة. لذلك يجب علينا استخدام الأسلاك المغلفة (المعزولة) كالتي تلف بها المحركات والتي تتيح لنا أكبر استفادة من الطاقة. عند لف الوشيعات وإلصاقها معا على صفيحة الصحن الثابث، عندئذ سنقوم بسكب الراتنج الأيبوكسي او البوليستر لتغطيتهن وحمايتهن وبعد ذلك يتم ربط اطراف الملفات مع بعضها على التوالي كما هو موضح بالصورة التالية. وعند إيصال الأسلاك سيبزغ لنا سؤال مهم: هل ستكون عندنا ثلاثة أطوار أم طور أحادي فقط؟

الطور الأحادي

مولدات الطور الأحادي تكون سهلة اللف، ويتم ربط الوشيعات على التوالي ببعضها البعض، لكي يقوموا بإنتاج نبضة واحدة قوية في نفس الوقت. كا لا يجب الحفاظ على التوازن حتى لا تعيق حركة الطاحونة. المهتمين بهذا المجال ما زالوا يعتمدون على هذا الطور كلما كان ذاك ممكنا ويحاولون ضبط التصميم الكلي للمولد الهوائي لمقاومة الإهتزازات. كما سنجد صعوبة في تجاوز مشكلة تقويم الجهد الكهربائي وتحويله إلى تيار مستمر ليخزن في بطارية، ورغم ذلك فهذا ليس مستحيلا.

الأطوار الثلاثة

يوجد حل بديل وهو الإعتماد على الأطوار الثلاثة. الأول سيكون بمثابة الحامل الأكبر والآخرين سيتم التحميل عليهما في أوقات الذروة. وسيتم تخفيض عدد الاهتزازات للثلث تقريبا، كما سيكون الجهد الكهربائي المولد أكثر سلاسة ولن نحتاج لمقومات كهربائية غالية حينئذ.

الجدول التالي يعطيك مواصقات الأسلاك ومقاومة كل واحدة منها:

في المولد ذي الثلاث أطوار ستكون مجموعة من الوشيعات في ذروة التيار الكهربائي بينما الأخريات فلا. وعوضا أن نترك لك التفكر في كيف يكون هذا الأمر، فهاكم الخدعة وراء ذلك:

لكل وشيعة في الأطوار الثلاثة على الصحن الثابت، سيكون عندنا حوالي 1.33 مغانيط.

لا تقم بقطع المغناطيس من المنتصف، والحد الأدنى من الوشيعات في المولد ذي الثلاثة أطوار هو 3 وشيعات، واحدة لكل طور.

يبين لك الجدول التالي العلاقة بين عدد الوشيعات وعدد المغانيط وعدد الوشيعات لكل طور:

قرارك لاختيار عدد الوشيعات والمغانيط يمكن القول أنه سيكون شيئا ما اعتباطيا. بيد أن الأمر يمكن تلخيصه بالقول أنه كلما زاد عدد الوشيعات كلما استطعت توليد جهدا كهربائيا أكبر (هذا إذا بقيت المعايير الأخرى هي نفسها). قد يولد الصحن الثابث تيارا كهربائيا قليلا، لكن ستجمع الطاحونة الهوائية الكثير من الطاقة خلال طول جريانها.

حتى الآن لم نذكر شيئا عن شكل شفرات المروحة التي هي أيضا جزء أساسي ومهم في هذا المشروع. يجب أن تصمم مروحة تستطيع الدوران عند ألطف نسمة هواء تصب إتجاهها وذلك لكي تنتج لنا أكبر كم من الطاقة الكهربائية.

كما يجب معرفة سرعة واتجاه الرياح لكي تختار ما يناسبها من دعامة ومن المستحسن أيضا معرفة الجهد الكهربائي المراد توليدخ لشحن البطارية إذا كان 12 او 24 فولت. كما لا تنسى أنه قد يكون من الضروري تحديد سمك الأسلاك وطولها أيضا لصنع الوشيعات.

سوف يتم التحميل على البطاريات وانت تولد طاقتك وممكن ان يزيد الجهد الكهربائي بمقدار 10% عند الذروة، لذلك عليك باختيار بطارية تستطيع تحمل هذا الجهد الكهربائي.

إذا كانت شفرات المروحة صغيرة جدا، فقد لا تحصل على طاقة كهربائية كافية. أما إذا كانت الشفرات كبيرة جدا، فقد لا تتحرك المروحة بشكل سلس وقد يكون دورانها السريع خطرا أيضا.

يتم تثبيت الصحن الثابت بينما يتحرك الجزء المتحرك ألا وهو الدوار حوله.

كيفية إتمام هذا بسهولة تتضح لك في هذه الصور.

انت ترى 12 وشيعة في الصحن الثابت وفي الأسفل سترى 16 مغناطيسا في الجزء الدوار.

بعد وضع الدوار على المحور، قم بتثبيته باستعمال براغي طويلة داعمة.

والصور التالية غنية عن التعليق...

ما المؤهلات التي ينبغي على المغناطيس الدائم أن يمتلكها؟ السيد دان بارتمان اختبر مولداته وجمع عدة بيانات عنه على مر السنين.

يزن الدوار الواحد حوالي 23 باوند (13 باوند للمغناطيس + لوحتين فولاذتين)، أما الصحن الثابت فيزن ما يقارب 20 باوند (16 باوند من النحاس).

ينتج المولد 50 فولت عند كل 80 دورة في الدقيقة. تفرغ هذا الطاقة عند وصله ببطارية 48 فولت، وقد سُجلت قدرة كهربائية بحوالي 600 واط عند كل 100 دورة في الدقيقة (ما يقارب 12 امبير). وعند هبوب رياح شبه عاتية، ستدور الشفرات بشكل أسرع ويمكن التقاط قدرة كهربائية قد تصل لـ 3000 واط.

إذا اعتبرنا مولدا متواضعا، مزودا بـشفرات سريعة على 6 إلى 8 أقدام، فيمكنه حينئذ انتاج ما قد يصل لقدرة كهربائية بقيمة 500 واط. وليكن في علمك أن الشفرات القصيرة تدور أسرع.

هناك كثير من الأسئلة يتطلب عليك اجابتها في البداية. ننصح أولا أن تتبع مقالا موصوقا بالكامل وسهلا في التطبيق على موقع إصنعها. يوجد فيه تصاميم سهلة للمبتدئين يمكنك الإستفادة منها. ستجد هنا أيضا بعض المراجع باللغة الإنجليزية حول الموضوع إذا كنت تريد الإبحار في هذا الأمر.

1. ماذا سأفعل بالقوة المحصل عليها؟

   يتم الحصول على طاقة وشحن بطارية بها وتوجيه طاقة البطارية إلى العاكس لتحويلها إلى تيار متردد واستخدامها في تشغيل الأجهزة المنزلية والإنارة.

2. ما مقدار الطاقة التي اريدها؟

   يمكن لطاحونة ضخمة ان تضيء منزلك ولكن كيف تستمد هذه الطاقة وكيف تثبتها مع تقلب الأحوال الجوية. لا تتوقع أنك ستشغل بمولد بسيط مكيفك المنزلي طيلة ايام الصيف. وإلا ففكر فيما تريد من مقدار الطاقة قبل أن تبني مولدك الهوائي.

3. من اين سيأتي الرياح؟

   بجوار الأشجار والمسطحات والأماكن المرتفعة حتما سيكون هناك رياح ولكن إذا كنت لا تسكن بجوار تلك الأماكن فعليك بدعام عالية وستفي بالغرض.

4. كم من الوقت ستستغرق؟

   لن يأخذ منك هذا الأمر كثير وقت، إذ ستقوم بثقب بعض الثقوب وحفر الخشب ولف الأسلاك فقط وهذا لن يستغرق منك طويل وقت.

5. هل استطيع عمله بمفردي؟

   بالطبع يمكن عن طريق شركات متخصصة تبيعها مفككة وأنت تجمعها أو أن تصممها بنفسك.

اصنع بنفسك

Hugh Piggott

Dan Bartmann

Ed Lenz

The Backshed

www.scoraigwind.com

www.otherpower.com

www.windstuffnow.com

www.thebackshed.com/Windmill

ابحاث علمية

Sandia National Labs

NREL

UIUC Airfoil Data

ECN (Dutch)

www.sandia.gov/wind/

www.nrel.gov/wind/

www.ae.uiuc.edu/m-selig/

www.ecn.nl/en/

نظرية الكهربية

All About Circuits

FEMM (Magnet Models)

www.allaboutcircuits.com/

www.femm.foster-miller.net/index.html

مصنعين التوربينات الريحية

Bergey Windpower

Southwest WindPower

Jacobs

Windmission

Marlec

Flowtrac

African Windpower

AeroMax

www.bergey.com/

www.windenergy.com/

www.windturbine.net/

www.windmission.dk/index.html

www.marlec.co.uk/products/products.htm

www.nimnet.asn.au/~kali/

www.scoraigwind.com/african36/

aeromag.com/

جمعيات طاقة الرياح وكلاب الحراسة

AWEA (USA)

CANWEA (Canada

Danish Wind Insustry Assoc.

AusWEA (Australia)

Wind-Works by Paul Gipe

www.awea.org

www.canwea.ca

www.windpower.org

www.auswind.org/auswea/index.html

www.wind-works.org