Melyik a hatékonyabb, a függőleges vagy a vízszintes tengelyű szélturbinák?

Jelenleg a háromlapátos, vízszintes tengelyű szélturbinák hatásfoka jóval magasabb, mint a függőleges tengelyű turbináké.

Ez a hatékonysági különbség alapvető fontosságú. A hatékonyság mérésének kulcsmutatója a „szélenergia-kihasználási együttható”, amely azt mutatja, hogy egy szélturbina mennyi energiát képes kinyerni a szélből. A modern, nagyméretű vízszintes tengelyű ventilátorok 45–50%-os hatásfokot érhetnek el, ami közel van az elméleti határhoz (59,3%, más néven Bez-határ). Ezzel szemben a függőleges tengelyű ventilátorok hatásfoka jóval alacsonyabb, jellemzően csak 15–40%, a kialakításuktól függően.

Miért olyan magas a vízszintes tengelyű ventilátorok hatásfoka?

Ez főként a működési elvének köszönhető:

Minden lapát egyszerre, optimális szögben vág a szélbe: a vízszintes tengelyű ventilátor lapátjai úgy vannak kialakítva, hogy a repülőgép szárnyaira hasonlítsanak (aerodinamikus szárnyprofil). Amikor a szél fúj, hatalmas „felhajtóerőt” generál, amely a lapátok forgásának fő hajtóereje. Mivel a lapátok mindig ugyanabba az irányba forognak, a teljes lapát nagy része folyamatosan és hatékonyan képes a szélenergia hasznosítására.

Nagy sebesség: A vízszintes tengelyű ventilátorok nagyon nagy sebességet tudnak elérni, ami nagyon hatékonyan hajtja a generátort az áramtermeléshez.

Miért alacsonyabb a függőleges tengelyű ventilátorok hatásfoka?

A függőleges tengelyű ventilátorok (főként a tojáshabverőhöz hasonló „Dario típusra” utalva) működési módja eltérő:

A lapátok előre-hátra mozognak a szélben: ahogy különböző pozíciókba forognak, a szélirányhoz viszonyított szögük folyamatosan változik. A lapátok csak bizonyos szögekben képesek hatékonyan felfogni a szélenergiát; más pozíciókban (például a szél felőli oldalra való visszaforduláskor) azonban a lapátok ellenállást generálnak. Ez az „önmagukkal való verseny” alapvetően korlátozza a hatékonyságot.

Gyenge indítási teljesítmény: Sok függőleges tengelyű ventilátor nem tud magától elindulni, és külső segítségre van szüksége.

Bár hatalmas a hatékonyságbeli különbség, a függőleges tengelyű ventilátorok sem mentesek az előnyöktől. Számos egyedi tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek bizonyos speciális helyzetekben nélkülözhetetlenné teszik őket.

A vízszintes tengelyű ventilátorok előnyei és hátrányai:

Előnyök:

Fő előnyök: rendkívül magas hatásfok és a legjobb gazdaságosság nagyméretű energiatermeléshez.

Hátrányok:

A szélirányhoz igazodni kell: Egy komplex „elfordulási rendszert” kell felszerelni, hogy a kabint folyamatosan a szélirányhoz igazítsa, akárcsak egy szélirányjelzőt.

Komplex szerkezet és magas karbantartási költségek: A nehéz generátorokat és sebességváltókat több tíz vagy akár több száz méter magas tornyok tetejére szerelik, ami nagyon megnehezíti és költségessé teszi a karbantartást és a javítást.

Hangos zaj: A nagy sebességgel forgó pengecsúcs sok zajt fog kelteni.

Magas követelmények a telepítési környezettel szemben: stabil és sima szélviszonyokra van szükség, amelyek a turbulens és zavaros szelekkel rendelkező városokban nem feltétlenül működnek jól.

A függőleges tengelyű ventilátorok előnyei és hátrányai:

Előnyök:

Nincs szükség szélre: bármely irányból érkező szél forgathatja, így nincs szükség elfordulási rendszerre.

Egyszerű szerkezet és könnyű karbantartás: A fő berendezések, mint például a generátor és a sebességváltó, az alsó talajra vannak felszerelve, így a karbantartó személyzetnek nem kell magasra másznia, ami alacsony karbantartási költségeket eredményez.

Alacsony zajszint: A sebesség általában lassabb, és a működés halkabb.

Alkalmazkodik összetett szélviszonyokhoz: Kiválóan alkalmas változó szélirányokkal és turbulenciával rendelkező városi környezetbe, és tetőkre is telepíthető.

Alacsony indítási szélsebesség: Egyes típusok (például az S-típus) enyhe szellőben is beindulhatnak.

Hátrányok:

Fő hátrány: Alacsony hatásfok.

Szerkezeti kockázat áll fenn: egyes konstrukciók nagy feszültséget tapasztalnak a lapátok tövében nagy sebességű forgás közben, ami könnyen problémákhoz vezethet.

Tehát a végső következtetés a következő:

Ha nagy szélerőművet szeretne építeni, és a lehető legtöbb energiatermelésre, valamint a gazdasági előnyökre törekszik, akkor a „nagy hatékonyságú” vízszintes tengelyű szélturbinák az egyetlen elterjedt választás. Ezért van az, hogy szinte az összes vadon élő szélturbina vízszintes tengelyű.

De ha elosztott forgatókönyvekhez, például utcai lámpák, épületek, távoli bázisállomások áramellátásához, különösen instabil szélirányú városokban, egy „nem válogatós, könnyen kezelhető” generátorra van szüksége, akkor egy „alacsony hatásfokú, de masszív és tartós” függőleges tengelyű ventilátor valójában megfelelőbb választás lehet.

Röviden, a vízszintes tengely a teljesítményre és a méretnövelésre törekvő „legjobb diákokat” ábrázolja, míg a függőleges tengely a „tehetséges diákokat”, akik alkalmazkodnak az adott környezethez. A puszta hatékonyság tekintetében a vízszintes tengelyű ventilátorok jobban teljesítenek.