Turbiny wiatrowe VAWT (o pionowej osi obrotu) zyskują coraz większą popularność ze względu na szereg zalet w porównaniu do tradycyjnych turbin HAWT (o poziomej osi obrotu). Ich montaż jest znacznie prostszy pod kątem formalnym i prawnym, umożliwiając budowę instalacji w miejscach o ograniczonej przestrzeni. To znacznie podnosi ich potencjał do wykorzystania w systemach hybrydowych wykorzystujących inne źródła energii odnawialnej, a przede wszystkim z fotowoltaiką.

Lokalizacja turbiny wiatrowej

Lokalizacja turbiny wiatrowej jest kluczowa z kilku powodów. Turbina wiatrowa musi być umieszczona w miejscu o wystarczająco silnych i regularnych wiatrach, aby generować energię elektryczną w sposób efektywny i możliwie ciągły. W przypadku turbin wiatrowych VAWT należy wziąć pod uwagę średnią prędkość wiatru w wymiarze całorocznym.

Podobnie jak w przypadku fotowoltaiki, w Polsce istnieją regiony lepiej lub gorzej nadające się na lokalizację przydomowej turbiny wiatrowej. Wiele źródeł przytacza umowną zasadę – im bardziej na północ, tym lepiej. W rzeczywistości faktyczna całoroczna średnia prędkości wiatru może znacznie zmienić się na przestrzeni kilku kilometrów, bądź nawet kilkuset metrów.

Jednym z najważniejszych czynników jest ukształtowanie terenu. Płaski i wyniesiony teren sprzyja wiatrom. Ograniczają je natomiast zabudowania i lasy. Duże znaczenie mają także lokalne uwarunkowania terenu, np. doliny i przełęcze.

Analiza warunków wiatrowych

Prawidłowo przeprowadzona analiza warunków wiatrowych pozwala na poznanie tzw. „róży wiatrów” dla danej lokalizacji. Istnieją instytucje posiadające zagregowane dane statystyczne, np. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW). W praktyce, dotarcie do aktualnych i precyzyjnie zlokalizowanych danych jest bardzo trudne.

Dużo pewniejsze i miarodajne jest przeprowadzenie własnej analizy, bezpośrednio w przewidywanej lokalizacji turbiny wiatrowej. Na rynku dostępne są kompleksowe stacje pogodowe oraz specjalistyczne anemometry (mierniki prędkości wiatru).

Analiza warunków wiatrowych jest działaniem czasochłonnym. Działanie stacji pogodowych i anemometrów jest automatyczne, jednak zebranie wystarczającej ilości danych może potrwać wiele miesięcy. W idealnej sytuacji proces ten powinien trwać minimum rok, aby poznać parametry (kierunek oraz prędkość) wiatru podczas każdej z czterech pór roku.

Bezpieczeństwo i cicha praca

Brak szybko obracających się łopat na dużej wysokości czyni turbiny VAWT bezpieczniejszymi dla ludzi i zwierząt

Zagrożenie uderzeniem jest znikome, ponieważ brak jest obracających się łopat. Niezależnie od mocy wiatru, żaden z elementów ruchomych turbiny VAWT nie wychodzi poza obrys konstrukcji. Ryzyko kolizji z ptakami jest mniejsze, ponieważ z odległości nie widać poruszających się elementów (łopat w przypadku turbin HAWT).

Turbiny wiatrowe VAWT generują znacznie mniej hałasu

Turbiny VAWT działają na zasadzie przepływu powietrza przez wirnik, a nie uderzenia o łopaty. Przepływ powietrza jest bardziej laminarny, co generuje mniej turbulencji i hałasu. Dodatkowo, wirnik turbiny VAWT jest prosty i pozbawiony ostrych krawędzi. W turbinach HAWT takie krawędzie generują hałas przez wirowanie powietrza. Wirnik turbiny VAWT znajduje się także najczęściej bliżej ziemi, niż w przypadku turbin HAWT. To pozwala znacznie lepiej tłumić hałas i ograniczać jego rozchodzenie się na duże odległości.

Łatwość montażu i użytkowania

Prosta konstrukcja ułatwia montaż i konserwację

Podczas instalacji, wirnik VAWT jest montowany na ziemi, co eliminuje potrzebę użycia dźwigu i zmniejsza koszty całego projektu. Turbiny VAWT są często mniejsze i lżejsze od turbin HAWT, co ułatwia ich transport. Turbiny VAWT mają też prostszą konstrukcję z mniejszą liczbą elementów, co ułatwia i przyspiesza montaż.

Łatwy dostęp do wirnika turbiny wiatrowej VAWT ułatwia jego inspekcję i konserwację. Prosta konstrukcja wirnika generuje mniejsze obciążenia i zmniejsza zużycie elementów. W dodatku, montaż i konserwacja turbin wiatrowych VAWT odbywa się zazwyczaj na niższych wysokościach, co zwiększa bezpieczeństwo.

Turbiny wiatrowe VAWT nie wymagają śledzenia kierunku wiatru

Turbiny wiatrowe VAWT są efektywne niezależnie od kierunku wiatru. Ich pionowa oś obrotu pozwala na wykorzystywanie wiatru z dowolnego kierunku. Prosty i symetryczny kształt wirnika VAWT nie wymaga regulacji, dzięki czemu do uzyskiwania optymalnej ilości energii nie są potrzebne żadne systemy śledzenia kierunku wiatru.

Turbiny wiatrowe VAWT mogą w praktyce być nieco mniej wydajne w porównaniu do turbin HAWT z systemem śledzenia. Jednak porównując koszty i złożoność obu rozwiązań, pełna niezależność od kierunku wiatru czyni turbiny o osi pionowej bardziej wszechstronnymi.

Uniwersalność i wszechstronność

Mogą być montowane na dachach budynków, wolnostojących masztach lub innych konstrukcjach

Turbiny wiatrowe VAWT są bardziej uniwersalne niż turbiny HAWT i mogą być montowane na różnych podłożach, w tym na dachach budynków. Znacznie lepiej sprawdzają się w ciasnych przestrzeniach i miejskich zabudowaniach. Typową turbinę wiatrową VAWT można bez problemu zamontować na słupie strunobetonowym lub metalowym, kratownicach i innych podstawach dachowych. W razie potrzeby można skorzystać z szerokiej gamy elementów obciążeniowych i balastowych.

Nadają się do różnych warunków wiatrowych, również tych słabszych

Turbiny VAWT generują większy moment obrotowy przy niskich prędkościach wiatru. Pozwala to na efektywną pracę nawet w słabszych warunkach wiatrowych. Brak ostrych krawędzi zmniejsza turbulencje i zwiększa wydajność przy słabszych wiatrach. W zależności od wielkości i parametrów, dobrej jakości turbina wiatrowa VAWT rozpocznie efektywną pracę przy wietrze o prędkości ok. 1.5-2.5 m/s.

Mogą pracować z wiatrem wiejącym z różnych kierunków

Prosty i symetryczny kształt wirnika VAWT wykorzystuje siłę nośną do generowania energii niezależnie od kierunku wiatru. Oś obrotu wirnika VAWT jest pionowa, co pozwala na wykorzystywanie wiatru z dowolnego kierunku. Niezależnie od kierunku wiatru, łopatki wirnika zawsze będą napotykać strumień powietrza.

Estetyka

Kompaktowy i nowoczesny wygląd dobrze komponuje się z otoczeniem

Ze względu na niewielkie rozmiary i pionową orientację, turbiny VAWT zajmują mało miejsca i nie dominują w krajobrazie. Brak ruchomych łopat sprawia, że nie przyciągają uwagi tak jak turbiny HAWT. Mogą być instalowane w ciasnych przestrzeniach, takich jak dachy budynków, bez negatywnego wpływu na estetykę otoczenia.

Stanowią ciekawy element architektoniczny

Nowoczesny design VAWT sprawia, że pasują do różnych stylów architektonicznych, zarówno nowoczesnych, jak i tradycyjnych. Dostępność różnych kolorów i materiałów umożliwia dopasowanie turbiny do otoczenia. Tworzy także możliwość wykorzystania powierzchni łopatek wirnika do eksponowania np. logotypu firmy lub nazwy produktu.

Efektywność

Turbiny VAWT vs turbiny HAWT

Chociaż turbiny VAWT są zazwyczaj mniej wydajne od HAWT przy silnych wiatrach, mogą być bardziej efektywne przy słabszych wiatrach, które częściej występują w wielu regionach kraju. Turbiny wiatrowe VAWT zazwyczaj charakteryzują się niższą prędkością startową. Jak wskazaliśmy powyżej, pracują także wydajnie niezależnie od kierunku wiatru i lepiej dostosowują się do zmian w prędkości lub kierunku wiatru.

Nowe technologie stale udoskonalają konstrukcje VAWT, zwiększając ich wydajność

Technologia HAWT jest bardziej dojrzała, z większą bazą danych i doświadczeniem. Technologia VAWT jest mniej dojrzała, ale rozwija się w szybkim tempie. Różnica w wydajności pomiędzy tymi dwoma rodzajami turbin sukcesywnie się zmniejsza, chociaż turbiny wiatrowe HAWT nadal utrzymują przewagę w wydajności, szczególnie przy silnych wiatrach. Wiele firm prowadzi badania rozwojowe mające na celu zwiększenie wydajności turbin wiatrowych VAWT. Badania te prowadzone są w obszarze m. in. dodatkowych systemów śledzenia oraz wykorzystania nowych materiałów, np. kompozytów węglowych. Nowe technologie druku 3D umożliwiają też tworzenie bardziej złożonych i aerodynamicznych kształtów wirników.

Ekologia

Produkcja czystej energii bez emisji szkodliwych substancji

Wiatr jest naturalnym i odnawialnym źródłem energii, a jego wykorzystanie nie emituje szkodliwych substancji. Popularyzacja turbin wiatrowych może zmniejszyć emisję CO2 i innych gazów cieplarnianych, przyczyniając się do walki z zmianą klimatu.

Brak odpadów i zanieczyszczenia środowiska

Turbiny wiatrowe VAWT są zrównoważonym rozwiązaniem energetycznym, które nie powoduje degradacji środowiska. Produkcja energii przy pomocy turbin wiatrowych VAWT nie wyczerpuje naturalnych zasobów i nie ma negatywnego wpływu na klimat. Wiatr może zastąpić paliwa kopalne i zmniejszyć zależność od nich.

Niezależność energetyczna

Turbiny wiatrowe VAWT pozwalają na uniezależnienie się od sieci energetycznej

Turbiny wiatrowe generują energię elektryczną, która może być wykorzystana na własne potrzeby. Oznacza to mniejsze uzależnienie od dostawcy energii i niższe rachunki za prąd. Analogicznie jak w fotowoltaice, nadwyżka energii wyprodukowanej przez turbiny wiatrowe może być magazynowana w magazynie energii. Zmagazynowana energia może być wykorzystana w okresie bez wiatru.

Dostęp do prądu nawet w przypadku awarii sieci

Turbiny wiatrowe świetnie integrują się z innymi źródłami energii, takimi jak panele fotowoltaiczne, w systemach hybrydowych. Pracując równolegle tworzą świetne zabezpieczenie przed awariami sieci elektroenergetycznych. Takie systemy hybrydowe mogą zapewnić ciągłą produkcję energii nawet w przypadku niedostępności jednego ze źródeł energii – słońca lub wiatru.

Turbiny wiatrowe VAWT oferowane przez Renevo

Oferujemy gotowe do montażu zestawy oparte na turbinach Ecorote, o mocach od 2.8 kW do 9.8 kW. Zobacz listę dostępnych produktów w kategorii Elektrownie wiatrowe.

Podsumowanie

Turbiny wiatrowe VAWT stanowią atrakcyjną opcję dla osób poszukujących czystego, bezpiecznego i stosunkowo niedrogiego źródła energii. Wykonując rzetelną analizę warunków wiatrowych w pożądanej lokalizacji można niemal zagwarantować, że koszt zakupu, instalacji i rozruchu elektrowni wiatrowej zwróci się w określonym czasie.

Podstawowe zalety turbin wiatrowych VAWT to:

1. Produkcja energii niezależnie od kierunku wiatru – turbiny nie wymagają mechanizmu ustawiającego „pod wiatr” co upraszcza ich konstrukcję oraz cenę,
2. Nie jest konieczne budowanie wysokich masztów, co daje możliwość łatwego montażu na obiektach oraz w ich pobliżu,
3. Estetyczny wygląd, nie wyróżniający się pośród otoczenia,
4. Cicha praca nawet przy maksymalnej prędkości obrotowej,
5. Odporność na silny wiatr, nawet do 40 m/s – dzięki inwerterowi oraz rezystorowi hamującemu,
6. Bezobsługowa praca poprzez brak elementów ślizgowych i ciernych,
7. Niższy koszt w porównaniu do turbiny o poziomej osi obrotu,
8. Niska prędkość startowa – produkcja energii możliwa jest już przy wietrze ok. 1.5-2.5 m/s,
9. Wysoka sprawność konwersji energii wiatru na energię elektryczną,
10. Bardzo niskie obciążenie siłą poziomą na maszt