Design and manufacture of a low cost wind turbine for developing countries

Abstract

El objetivo de este proyecto fin de carrera es la generación de un acceso a la energía eléctrica para todos aquellos puntos en la que no está accesible, ya bien por no existir red eléctrica o por el alto coste del consumo de la misma. La idea fundamental es diseñar un aerogenerador de baja potencia a partir de elementos reciclados o elementos de fácil acceso y coste, que proporcione energía suficiente para el consumo diario de los habitantes de dichos emplazamientos. Como características principales del diseño, se destacan su simplicidad en la fabricación y fácil montaje a fin de que sean los propios usuarios finales capaces de la construcción, montaje, puesta a punto y mantenimiento del mismo. Proporcionándoles de este modo la tecnología necesaria para la autosuficiencia energética. La tesis se ha realizado en diferentes fases. La primera, se trata del análisis de la viabilidad de materiales y herramientas así como de las características medioambientales y socioculturales de los países bajo estudio. La segunda, el estudio, diseño y análisis de los diferentes elementos de la máquina teniendo en cuenta los aspectos evaluados anteriormente. La tercera, la fabricación y ensamblaje de los componentes de la máquina. Como resultado final se obtiene un aerogenerador con dos configuraciones diferentes de rotor dependiendo del material a emplear, madera o tubos de PVC, un generador eléctrico síncrono de imanes permanentes (PMSG) cuya salida es de 24 V nominales en corriente senoidal y un sistema electrónico de conversión, control y adecuación de voltaje para la carga de baterías. Este proyecto se lleva a cabo en la universidad belga, Vrije Universiteit Brussel, con una colaboración bilateral con la Universidad Pública de Navarra situada en Pamplona, gracias al programa de intercambio de estudiantes Erasmus.

The challenge of this project is the generation of an electricity access to all points where it is not accessible, because there is no grid or because of the high cost of the electricity. The main idea is to design a low power wind turbine from recycled elements or easily accessible and cost ones, which provides enough energy for daily consumption of the inhabitants of these places. As key design features are highlighted the simplicity of the manufacturing and the easy assembling. Thanks of that, the users will be able to manufacture, to install, to start up and to perform maintenance for the machine. Thereby, we the provide technology needed for energy self-sufficiency. The thesis is developed on different phases. Firstly, analyse the feasibility of materials and tools as well as environmental and sociocultural characteristics of the countries under study. Secondly, the study, design and analysis of the different elements of the machine, taking into account the aspects previously evaluated. Finally, the third phase, manufacture and assemble the different components of the machine. As a final result, a completely equipped wind turbine is obtained. It can be split up in three main elements, the first one a rotor with two different configurations depending on the material to be used, wood or PVC pipes, the second one an electrical permanent magnet synchronous generator (PMSG), whose output is 24 V nominal in sinusoidal current, and the third one an electronic conversion system to control and adjust the voltage in order to charge batteries. This project is carried out in the Belgian university, Vrije Universiteit Brussel, with a bilateral collaboration with the Universidad Pública de Navarra located in Pamplona, thanks to the exchange students program, Erasmus.