Lo sviluppo di fonti di energia rinnovabili è fondamentale nella lotta contro il riscaldamento globale e per la salvaguardia delle risorse naturali del nostro pianeta. Le tecnologie di raccolta di energia eolica e solare sono in aumento. Ciò porta alla crescente domanda di tipi di turbine eoliche ad asse verticale. Scopriamo di più su di loro.
Tipi di turbine eoliche ad asse verticale
2 tipi di VAWT disponibili sul mercato sono La turbina eolica Darrieus e la turbina eolica Savonius.
Un tipo di turbina eolica che viene utilizzata principalmente per scopi residenziali è una turbina eolica ad asse verticale. Ha 2 o 3 pale e un albero rotore che si muove verticalmente. In una VAWT, il generatore è posizionato in basso e le pale sono coperte attorno all'albero della torre.
Queste turbine sono spesso installati sui divisori delle autostrade e i veicoli in movimento fanno girare le pale curve della turbina e generano energia. La turbina utilizza diverse velocità del vento in modi diversi in base alle esigenze.
1. Turbina eolica Darrieus (Tipo di ascensore)
Questa turbina eolica ha preso il nome da Giorgio Darrieus, la persona che l'ha inventata. Le turbine eoliche Darrieus hanno pale lunghe e curve collegate alla parte superiore e inferiore dell'albero del rotoreConosciuta anche con il nome di frullino per le uova, ciascuna estremità di questa turbina è collegata all'albero del rotore.
Le turbine Darrieus ruotano grazie alla portanza fornita dalla forza aerodinamica. Il flusso del vento produce un'aspirazione sul lato anteriore della turbina, facendo sì che le pale ruotino nella direzione opposta.
2. Turbina eolica Savonius (Tipo di trascinamento)
Questa turbina ha una superficie solida che riceve il vento e le pale sono avvolte attorno all'albero verticale grazie alla loro disposizione elicoidaleLe turbine Savonius dipendono principalmente dal processo di resistenza al flusso per attivare i motori.
Ciò è necessario a parte la forza dinamica del vento che agisce come forza attiva per far girare i rotori. Il lato opposto delle pale affronta una forza di resistenza aerodinamica, simultaneamente. Per questo motivo, queste turbine ruotano proporzionalmente alla velocità del vento.
Entrambe le turbine eoliche hanno forme specifiche delle ali che riducono la quantità di resistenza da loro subita. Una volta iniziata la rivoluzione, anche la velocità della turbina aumenta per superare la velocità del vento, per prestazioni migliori.
Principio di funzionamento della turbina eolica ad asse verticale
Diamo un'occhiata ai componenti delle turbine eoliche ad asse verticale.
- Scatola del cambio – Aumenta la velocità di rotazione di un albero a bassa velocità per collegarlo a un albero ad alta velocità, che è collegato al generatore.
- Generatore – Converte l’energia meccanica in energia elettrica nella turbina eolica.
- Batteria ricaricabile – Immagazzina l’elettricità prodotta dal generatore.
- Circuito LDR – Funziona per accendere/spegnere la luce nel sistema. È composto da un resistore dipendente dalla luce (LDR), batteria, LED, transistor e resistore.
Per saperne di più circa l' principio di base della conversione dell'energia eolica.
lavoro
Una VAWT è collegata al cambio che include ingranaggi e questo cambio è direttamente collegato all'albero del generatore elettrico. Il vento inizia a far girare la turbina generando energia meccanica.
Il cambio migliora internamente i giri della turbina e trasferisce queste rotazioni al generatore come input meccanico. Il generatore usa questa energia e la converte in energia elettrica, che viene poi immagazzinata nelle batterie. Questa energia immagazzinata viene utilizzata tramite un sistema di illuminazione automatizzato.
Funzionamento del circuito
L'emettitore del transistor è collegato a GND e il collettore è collegato al terminale negativo del LED. I terminali del resistore sono collegati direttamente alla sorgente di tensione e LDR è collegato al terminale negativo. Una volta che il circuito LDR è collegato direttamente alla batteria, può rilevare la presenza di luce. Dopodiché, il LED si accende automaticamente una volta che la quantità di luce (luce solare) ricevuta è meno intensa.
Applicazioni delle turbine eoliche ad asse verticale
Di seguito è riportato un elenco delle applicazioni ideali di alcuni tipi di turbine eoliche ad asse verticale.
- Nei piccoli progetti eolici e negli impianti eolici meno estesi
- Nella costruzione o nell'uso in edifici residenziali.
- In aree con condizioni meteorologiche o di vento instabili per generare energia.
Vantaggi della turbina eolica ad asse verticale
I vantaggi delle turbine eoliche ad asse verticale sono i seguenti:
1. Rotore omnidirezionale
Le pale del rotore in VAWT sono in grado di raccogliere il vento proveniente da qualsiasi direzione. Pertanto, queste turbine possono generare energia in condizioni meteorologiche instabili come venti rafficati e turbolenti. Inoltre, sono ideali anche per le zone costiere e montuose.
2. spaziatura più ravvicinata
Ogni turbina è posizionata a 5 diametri di distanza tra loro attraverso il vento e circa 10 diametri di distanza estendendosi verso il basso. Questo schema di spaziatura aiuta a evitare l'interruzione del flusso d'aria. Riduce anche le possibilità di riduzione della velocità del vento causata dalle turbine tra loro. Con una spaziatura più ravvicinata, le turbine eoliche ad asse verticale catturano efficacemente più energia per metro quadrato di terra.
Secondo un Ricerca 2017 secondo Anna Craig, dottoranda in ingegneria meccanica alla Stanford University, la VAWT può generare 10 volte più energia per unità di terreno rispetto a un gruppo di turbine eoliche ad asse orizzontale (ampiamente distanziati).
3. Velocità del vento iniziale più bassa
Turbine ad asse verticale la velocità iniziale del vento è di 2-3 m/s, che consente loro di generare energia anche con vento debole in arrivo. Sebbene la produzione complessiva sia inferiore a bassa velocità del vento, queste turbine non sono inutili in condizioni di vento più debole, a differenza delle loro controparti.
4. Minore impatto ambientale
Le turbine eoliche ad asse verticale sono più piccole delle turbine tradizionali. Poiché sono costruite attorno all'albero, le pale del rotore non proiettano ombre portanti. Anche gli uccelli possono vedere facilmente le pale, che riduce le possibilità di vittimeInoltre, la VAWT funziona con il minimo rumore, quindi non causa inquinamento acustico.
5. Facile da installare e mantenere
Grazie alle loro piccole dimensioni, queste turbine sono facile da trasportare, installare e manutenere. Un singolo camion di grandi dimensioni può facilmente trasportare un'intera turbina in un giro. Non c'è bisogno di salire ad altezze estreme per ripararla o ripararla. Quindi, è facile manutenere le turbine ad asse verticale.
6. Minori restrizioni all'installazione
A causa delle loro dimensioni, i tipi di turbine eoliche ad asse verticale sono facilmente ammissibile rispetto ad altre turbine. Regioni diverse hanno regole e normative diverse per l'altezza massima di costruzione. Poiché le turbine verticali non sono molto alte, la loro costruzione è approvata nella maggior parte degli stati.
7. Attrazione estetica
Le turbine eoliche verticali hanno moderni design geometrici che conferiscono loro migliori prestazioni e un aspetto estetico gradevole. l'aspetto va bene con infrastrutture vicine come campus scolastici/universitari, parchi e altri edifici.
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Svantaggi della turbina eolica ad asse verticale
Nonostante siano vantaggiose in molti luoghi, gli svantaggi delle turbine eoliche ad asse verticale ne limitano le prestazioni. Scopriamolo.
1. Minore efficienza di rotazione
Grazie al design del rotore, tutte le pale non ricevono il vento in arrivo contemporaneamente. Le pale rivolte verso il vento gireranno mentre altre semplicemente le seguiranno, portando a una minore efficienza di rotazione. Inoltre, le turbine eoliche Savonius subiscono una maggiore resistenza a causa delle ampie superfici delle pale.
2. Accesso a velocità del vento inferiori
Le turbine eoliche VAWT sono installate a livello del suolo, quindi non può sfruttare le velocità più elevate del vento che scorrono ad altitudini elevateCiò limita il funzionamento delle turbine a livelli inferiori di velocità del vento.
3. Rapida usura dei componenti
Poiché le turbine eoliche verticali sono installate in aree popolate a livello del suolo, sono soggette a maggiori problemi come vibrazioni e turbolenza. Le pale devono sopportare una forza maggiore, anche i cuscinetti tra albero e rotore sopportano una pressione maggiore. Questo a volte porta a crepe o piegature nelle pale.
4. Minore efficienza complessiva
Le turbine eoliche ad asse verticale hanno minore efficienza rispetto alle turbine eoliche ad asse orizzontale (HAWT) grazie alle loro caratteristiche progettuali e operative.
5. Meccanismo di avviamento manuale
Le turbine eoliche Darrieus hanno un meccanismo di avviamento manuale a causa del design delle loro ali che non forma una coppia sufficiente per l'autorotazione. Non si avviano automaticamente come le turbine Savonius e orizzontali.
Quindi, i 2 tipi di turbine eoliche ad asse verticale sono una soluzione sostenibile e facile per generare energia su strade e autostrade. Tuttavia, la loro progettazione e costruzione funzionano sia a loro favore che contro di loro. Tuttavia, sono ancora l'opzione migliore rispetto alle soluzioni basate sui combustibili fossili.
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