A szélmalom kifejezést a régebb óta létező szélenergiával hajtott gépekre használják, amelyek gabonát őrölnek. A modern gépi alkalmazásokat azonban helyesebben „szélturbináknak” nevezik, mivel különféle alkalmazásokhoz használhatók. A szélturbinák a szélenergia elektromos vagy mechanikai energiává alakításának leghatékonyabb módja. A szélturbinák a rotorlapátok forgástengelyének konfigurációja szerint alapvetően két kategóriába sorolhatók: vízszintes tengelyű szélturbinák (HAWT) és függőleges tengelyű szélturbinák (VAWT). Ha a lapátok forgástengelye párhuzamos a szélárammal, a turbinát vízszintes tengelyűnek nevezik, és ha a forgástengely merőleges a széláramra, akkor függőleges tengelyűnek. A vízszintes tengelyű típusok a legnépszerűbb és leggyakrabban használt kereskedelmi szélturbinák. Vessünk egy pillantást a két konfiguráció közötti technikai különbségekre.
Vízszintes tengelyű szélturbina (HAWT)
A HAWT a Horizontal Axis Wind Turbine angol kifejezés rövidítése, ez a leggyakrabban használt szélturbinák tervezési konfigurációja, amelyek a repülőgépek rotorjaihoz hasonló rotorral rendelkeznek. Ha a lapátok forgástengelye párhuzamos a szélárammal, a turbinát vízszintes tengelyű szélturbinának (HAWT) nevezik. Ezek a vízszintes tengelyű szélturbinák egy propeller típusú rotorral hasznosítják a kinetikus szélenergiát, és forgástengelyük párhuzamos a szél irányával. A vízszintes tengelyű szélturbinák számos méretben kaphatók, néhány száz wattól száz kilowattig. Az ilyen típusú szélturbinákat jellemzően áramvonalas szélviszonyok között használják, ahol állandó széláramlás és szélirány áll rendelkezésre a maximális szélenergia hasznosítás érdekében. Viszont a vízszintes tengelyű szélturbinák nem hatékonyak ott, ahol viharos szél fúj, ezért általában olyan területeken helyezkednek el, ahol állandó irányú légáramlás van.
Függőleges tengelyű szélturbina (VAWT)
A VAWT a Vertical Axis Wind Turbine angol kifejezés rövidítése, ezek valószínűleg a legrégebbi típusú szélmalmok, amelyekben a hajtótengely merőleges a talajra. Ez egy olyan típusú szélmalom, ahol a főrotor tengelye függőlegesen fut, szemben a vízszintes tengelyű szélturbinával. A függőleges tengelyű szélturbinák pengéi a talajra merőlegesek, és a függőleges tartó tengely körül forognak. Bármilyen irányból képesek felfogni a szelet, a nehéz részei pedig a talajszinten vannak. Mivel a függőleges tengelyű szélturbinákat a földre állítják, leegyszerűsíti a széltornyok tervezését és kivitelezését, és ez csökkenti a turbina költségét. A vízszintes szélturbinákkal ellentétben a függőleges tengelyű szélturbinákat jellemzően turbulens széláramlású területeken használják, mint például a partvonalaknál, háztetőkön, vagy városi környezetben.
Különbség a vízszintes és a függőleges tengelyű szélturbina között
Tervezés
A vízszintes tengelyű szélturbina a leggyakrabban használt szélturbinák tervezési konfigurációja, amelyek a repülőgépek rotorjaihoz hasonló rotorral rendelkeznek. A vízszintes tengelyű szélturbináknál a lapátok forgástengelye párhuzamos a szél irányával. A függőleges tengelyű szélturbinák ezzel szemben valószínűleg a legrégebbi típusú szélmalmok, amelyekben a hajtótengely merőleges a talajra. Ez egy olyan típusú szélturbina, ahol a főrotor tengelye függőlegesen fut, szemben a vízszintes tengelyű szélturbinával.
Gépezet
A vízszintes tengelyű szélturbinákon a teljes forgórész, az áttételek és a generátor a torony tetejére van szerelve, amelyeket szélirányba kell fordítani. A függőleges tengelyű szélturbinák jelentős előnye a vízszintes tengelyes típushoz képest, hogy függőleges szélturbinák bármilyen irányból képesek fogadni a szelet, így nincs szükség lengési szabályozásra. A függőleges tengelyű szélturbináknál a szélgenerátor, az áttételek és a turbina egyéb fő alkatrészei a földön helyezhetők el, ami leegyszerűsíti a széltornyok tervezését és kivitelezését, következésképpen csökkenti a turbina költségét.
Szélviszonyok
A vízszintes tengelyű szélturbinákat általában áramvonalas szélviszonyok mellett használják, ahol állandó széláramlás és irány áll rendelkezésre a maximális szélenergia rögzítése érdekében. A vízszintes szélturbinák nem hatékonyak ott, ahol viharos szél fúj. Ezért általában olyan területeken helyezkednek el, ahol állandó irányú légáramlás van. Másrészt a függőleges tengelyű szélturbinák főként turbulens széláramlású területeken hasznosak, mint például háztetők, tengerpartok stb. A vízszintes szélturbinákkal ellentétben a függőleges tengelyű szélturbinák alacsony szélsebesség mellett is működhetnek, és olyan helyekre építhetők, ahol tilos magas építményeket építeni.
Összegzés
Mind a vízszintes, mind a függőleges tengelyű szélturbinák körülbelül azonos ideális hatásfokkal rendelkeznek, de a vízszintes tengelyű szélturbinák gyakoribbak. A vízszintes szélturbinák teljes forgórésze, áttételei és generátora a torony tetején van, és a szél irányába kell fordítani. A függőleges tengelyű szélturbinák viszont mindenirányúak, ami azt jelenti, hogy a rotor bármilyen irányból képes fogadni a szél áramlását. Ezért nincs szükség elfordulási mechanizmusra. Ráadásul nem igényelnek állandó beállítást vagy áramvonalas szélsebességet. Ezenkívül a függőleges szélturbinák indulási szélsebessége alacsonyabb, mint a vízszintes szélturbináké. Ezen túlmenően, viszonylag alacsonyabb zajszinttel rendelkeznek, mint a vízszintes szélturbinák, és ritkábban kell használni a masszív toronyszerkezeteket ebben az esetben.