Dzięki sile wiatru można wygenerować znaczną ilość energii i wykorzystać ją jako energię elektryczną. O wykorzystaniu energii wiatru ludzkość wie od tysięcy lat, ale dopiero od XIX wieku zaczęto wykorzystywać ją do produkcji energii elektrycznej.
Jak dokładnie działa generator wiatrowy i jakie dane techniczne należy wziąć pod uwagę przy wyborze turbiny wiatrowej? Nasz poradnik zawiera przegląd generatorów wiatrowych.
Generator wiatrowy jest centralnym elementem turbiny wiatrowej. Pozostałe komponenty odgrywają również ważną rolę w wykorzystywaniu wiatru jako źródła energii:
Klasyczna turbina wiatrowa składa się z masztu, który wznoszony jest pionowo i służy jako osłona dla przewodów zasilających. Na jego górnej części znajduje się konstrukcja nośna.
W górnej części turbiny znajduje się wirnik, na którym zamontowane są łopaty. Reagują one na energię kinetyczną wiatru i są wprawiane w ruch. Generowana jest energia mechaniczna. Stare turbiny wiatrowe funkcjonowały na tej zasadzie i zasilały w energię na przykład młyny rolnicze.
Energię mechaniczną można było przekształcić w moc dopiero po wynalezieniu i zastosowaniu generatorów wiatrowych. Niebieska dioda LED sygnalizuje rozpoczęcie ładowania, gdy tylko zostanie wygenerowana energia elektryczna. Kiedy łopaty wirnika obracają się, napędzają przekładnię w generatorze. Sam generator wiatrowy znajduje się bezpośrednio na osi obrotowej.
Energia elektryczna generowana przez generator może być przekazywana bezpośrednio do podłączonego akumulatora za pośrednictwem kontrolera ładowania lub dostarczana do sieci energetycznej.
Generatory wiatrowe są wyjątkowo interesujące jako systemy hybrydowe z fotowoltaiką w wielu obszarach zastosowań. Zapewniają one zasilanie dla:
-
statków
-
przyczep kempingowych
-
Technologii w ogrodzie (np. pompa do oczka wodnego)
-
Domów letniskowych
-
Budynków biurowych
-
Obiektów fabrycznych
-
Stacji ładowania (np. samochodów elektrycznych)
-
Systemów wzywania pomocy
-
Stacji pomiarowych
-
Autonomicznych systemów kierowania rucheme
W większości przypadków turbiny wiatrowe znajdują się na dużych wysokościach, aby mogły wykorzystywać silne podmuchy wiatru. Montuje się je na pionowo wzniesionym maszcie lub bezpośrednio na wysokich budynkach. Alternatywą są mobilne turbiny wiatrowe, które stosuje się na przykład na żaglowcach.
Aby jak najlepiej wykorzystać przepływ powietrza, większość turbin wiatrowych można obracać. Zamontowana na łożyskach turbina może wychwytywać wiatr możliwie równolegle do osi obrotu.
Większość turbin wiatrowych wykorzystuje wirniki o osi poziomej. Oś obrotu jest równoległa do podłoża. W ten sposób działa zasada siły nośnej aerodynamiki, a energia wiatru jest wykorzystywana efektywniej.
Istnieją jednak również wirniki o osi pionowej, których łopaty wirnika obracają się wolniej przy tej samej energii wiatru. Zaleta: wirniki działają niezależnie od kierunku wiatru.
Analogicznie do systemu zasilania energią słoneczną, prąd stały (DC) jest dostępny na wyjściu generatora w systemie zasilania energią wiatrową. Prąd zawsze płynie w tym samym kierunku: od bieguna dodatniego do ujemnego. Jednak w sieci publicznej wymagany jest prąd przemienny (AC), więc wytworzona energia musi zostać przekształcona za pomocą falownika.
W tym miejscu należy zauważyć, że nawet najlepsze urządzenia mogą generować energię elektryczną dopiero po osiągnięciu określonej prędkości wiatru. Wirniki muszą zacząć się poruszać. Ze względu na to, że zdarzają się dni bezwietrzne, w celu zapewnienia niezawodnego wytwarzania energii zaleca się stosowanie systemu hybrydowego.
Wykorzystuje się wówczas generator wiatrowo-solarny, który oprócz turbiny wiatrowej na końcu masztu posiada moduły fotowoltaiczne. W przypadku zastosowania tego rozwiązania wymagany jest hybrydowy kontroler ładowania. Może on monitorować i kontrolować zarządzanie obydwoma źródłami energii, aby zagwarantować niezawodne i opłacalne zasilanie sieci.
Warto wiedzieć: Co to jest kontroler ładowania?
Ten komponent pełni rolę łącznika. Łączy generator z podłączonymi akumulatorami i monitoruje ładowanie oraz rozładowywanie energii. W przypadku hybrydowych kontrolerów ładowania, napięcie końca ładowania zazwyczaj można ustawić zmiennie.
Duże turbiny wiatrowe z pozwoleniem na budowę mogą zaopatrywać w energię elektryczną wiele gospodarstw domowych, natomiast małe i mobilne generatory wiatrowe są przeznaczone raczej do użytku prywatnego. Moc znamionowa podawana jest w watach (W) lub kilowatach (kW).
Najmniejsze generatory wiatrowe często generują tylko od 1000 do 1500 watów. Wykorzystywane są one w systemach hobbystycznych i służą na przykład do ładowania różnych akumulatorów za pomocą kontrolera ładowania. Nie podłącza się ich do sieci energetycznej, ponieważ generowana energia jest zbyt niska, aby przynieść opłacalny efekt.
Średniej wielkości turbiny wiatrowe, które generują do 10 kilowatów (10 000 watów), nadają się do zaopatrywania w energię prywatne gospodarstwa domowe lub małe firmy. W tym przypadku warto podłączyć kontroler ładowania akumulatorów, a także podpiąć się do sieci energetycznej i w ten sposób zasilać system. Większe generatory wiatrowe są używane tylko komercyjnie i zaczynają się od mocy 10 kilowatów. Często możliwe jest osiągnięcie mocy do 250 kilowatów.
Jeśli chcesz obsługiwać więcej niż tylko małe systemy hobbystyczne, zdecydowanie powinieneś dowiedzieć się z wyprzedzeniem, jak wysoka jest przewidywana ilość energii elektrycznej w regionie. Zależy to od średniej rocznej prędkości wiatru w danej lokalizacji. W przypadku dobrych miejsc w głębi lądu osiąga się prędkość wiatru około 4 metrów na sekundę (m/s), a nawet 5 m/s na wybrzeżu. Prędkość wiatru jest mierzona na wysokości, na której później zostanie umieszczona piasta wirnika.
Aby zapewnić pełną moc, należy również zastosować odpowiednie napięcie znamionowe w woltach. Tutaj również modele różnią się między sobą. Wielu producentów oferuje swoje systemy o napięciu znamionowym 12, 24 lub 48 woltów. Aby korzystać z prądu przemiennego 230 V, należy zintegrować odpowiedni falownik.
Moc nominalna, napięcie nominalne i średnia roczna prędkość wiatru są ważnymi specyfikacjami, ale nigdy nie powinny być rozpatrywane osobno. Przed zakupem należy zwrócić uwagę na następujące dodatkowe parametry:
Średnica wirnika
Dla tej samej mocy nominalnej, średnica wirnika wynosząca jeden metr wygeneruje mniej energii elektrycznej niż średnica wynosząca dwa metry. W razie wątpliwości należy zatem wybierać większe wirniki, jeśli jest na nie miejsce.
Wysokość masztu
Wysokość masztu jest również ważna w tym kontekście, ponieważ im wyżej zamontowany jest generator, tym większe prawdopodobieństwo, że wiatr będzie wystarczający przez cały rok.
Poziom hałasu
Kolejnym parametrem jest poziom hałasu. Nawet mała turbina wiatrowa generuje hałas, co nabywcy powinni wziąć pod uwagę w odniesieniu do możliwego zanieczyszczenia hałasem w sąsiedztwie. Z reguły jednak generowany poziom dźwięku jest znacznie poniżej limitów hałasu.