Analýza účinnosti veterných turbín s vodorovnou a zvislou osou

Nedávno sa nás mnohí zákazníci pýtali na veterné turbíny a pri komunikácii sme zistili určitý problém. Zákazníci majú tendenciu uprednostňovať veterné turbíny s vertikálnou osou pred tými s horizontálnou osou. Najmä európski zákazníci si myslia, že turbíny s vertikálnou osou sú estetickejšie a ekologickejšie a lepšie zodpovedajú miestnej legislatíve a environmentálnym požiadavkám. Ako predajný inžinier, ktorý viac ako desať rokov pracuje v odvetví domácich veterných elektrární, som cítil potrebu napísať pravdivý a odborný článok, v ktorom sa analyzuje rozdiel v účinnosti medzi týmito dvoma typmi veterných turbín.

Základný princíp veterných turbín spočíva v premenení energie vetra na mechanickú energiu, ktorá sa následne premieňa na elektrickú energiu. Jednoducho povedané, vietor roztočí lopatky, ktoré poháňajú rotor vnútri generátora tak, že reže magnetické siločiary a tým vzniká elektrický prúd. Hoci je základný princíp rovnaký, medzi dvoma hlavnými typmi turbín – s vodorovnou a zvislou osou – existuje zásadný rozdiel v spôsobe rotácie, čo je tiež kľúčovou príčinou ich rozdielov výkonu.

Ako príklad uveďme veterný generátor s výkonom 5 kW. Pri rýchlosti vetra 2 m/s vätrna turbína s horizontálnou osou sa ani neotáča, ale vertikálny veterný turbín už začal rotovať. Takéto otáčanie však nevytvára aktívny výkon; len vyzera, že funguje. Pri rýchlosti vetra 5,5 m/s je výkon horizontálneho veterného turbínu 2 kW, zatiaľ čo účinnosť výroby energie vertikálneho veterného turbínu je len 800 W. To jasne ukazuje, že vertikálny veterný generátor je vhodnejší pre mikro-veterný štart, zatiaľ čo horizontálny veterný turbín má pri dosiahnutí rýchlosti vetra potrebného na spustenie (cut-in) 3 m/s výrazne vyššiu účinnosť výroby energie – približne 2,5-krát vyššiu ako vertikálny veterný generátor.

Vertikálne osi veterné turbíny majú výhody v oblastiach s chaotickým smerom vetra. Môžu prijímať veternú energiu zo všetkých smerov v nepretržitom 360-stupňovom rozsahu a premieňať ju na mechanickú energiu. Horizontálne veterné turbíny však vyžadujú ovládanie systému pre orientáciu (yaw system), čo spôsobuje oneskorenie a straty časti vetrannej energie.

Voľba typu vetromilných generátorov závisí od lokálnych podmienok vetrovej energie, napríklad od smeru vetra a priemernej rýchlosti vetra. Ak máte záujem o obnoviteľné zdroje energie, neváhajte nás kedykoľvek kontaktovať, aby sme vám pripravili individuálne riešenie systému vetrovej energie.