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
Sul mercato sono disponibili due tipi di turbine eoliche ad asse verticale (VAWT): la turbina eolica Darrieus e la turbina eolica Savonius.
Un tipo di turbina eolica utilizzata principalmente per scopi residenziali è la turbina eolica ad asse verticale . È dotata di 2 o 3 pale e di un albero del rotore che si muove verticalmente. In una turbina eolica ad asse verticale, il generatore è posizionato alla base e le pale sono disposte attorno all'albero della torre.
Queste turbine vengono spesso installate sugli spartitraffico autostradali e il movimento dei veicoli fa ruotare le pale curve della turbina, generando energia. La turbina sfrutta diverse velocità del vento in modi diversi a seconda delle esigenze.
1. Turbina eolica Darrieus (Tipo di ascensore)
Questa turbina eolica prende il nome da Georges Darrieus , il suo inventore. Le turbine eoliche Darrieus hanno pale lunghe e curve collegate alla parte superiore e inferiore dell'albero del rotore . Conosciuta anche come "frullino", questa turbina ha entrambe le estremità collegate 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 elicoidale . Le turbine Savonius dipendono principalmente dalla resistenza del flusso per azionare 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 presentano forme specifiche delle pale che riducono la resistenza aerodinamica. Una volta avviata la rotazione, la velocità della turbina aumenta fino a 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.
Scopri di più sul 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 delle turbine eoliche ad asse verticale (VAWT) sono in grado di catturare il vento proveniente da qualsiasi direzione . Pertanto, queste turbine possono generare energia anche 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 una distanza di 5 diametri l'una dall'altra nella direzione del vento e a circa 10 diametri nella direzione del vento. Questa spaziatura contribuisce a evitare la perturbazione del flusso d'aria e riduce la probabilità di una riduzione della velocità del vento causata dalle turbine stesse. Grazie alla minore distanza tra le turbine, le turbine eoliche ad asse verticale catturano in modo più efficace una maggiore quantità di energia per metro quadrato di terreno.
Secondo una ricerca del 2017 condotta da Anna Craig, dottoranda in ingegneria meccanica presso l'Università di Stanford, le turbine eoliche ad asse verticale (VAWT) possono generare una quantità di energia 10 volte superiore per unità di superficie rispetto a un gruppo di turbine eoliche ad asse orizzontale (ampiamente distanziate).
3. Velocità del vento iniziale più bassa
Le turbine ad asse verticale hanno una velocità del vento di avviamento di 2-3 m/s, che consente loro di generare energia anche con vento debole. Sebbene la produzione complessiva sia inferiore a basse velocità del vento, queste turbine non sono inutili in condizioni di vento debole, a differenza delle loro controparti.
4. Minore impatto ambientale
Le turbine eoliche ad asse verticale sono più piccole delle turbine tradizionali . Essendo costruite attorno all'albero, le pale del rotore non proiettano ombre. Gli uccelli possono inoltre vedere facilmente le pale, riducendo il rischio di incidenti . Inoltre, le turbine eoliche ad asse verticale funzionano con una rumorosità minima, pertanto non causano inquinamento acustico.
5. Facile da installare e mantenere
Grazie alle loro dimensioni ridotte, queste turbine sono facili da trasportare, installare e manutenere . Un singolo camion di grandi dimensioni può trasportare facilmente un'intera turbina in un solo viaggio di andata e ritorno. Non è necessario arrampicarsi ad altezze estreme per ripararla o sistemarla. Pertanto, la manutenzione delle turbine ad asse verticale è semplice.
6. Minori restrizioni all'installazione
Grazie alle loro dimensioni, le turbine eoliche ad asse verticale sono più facilmente autorizzate rispetto ad altri tipi di turbine . Le diverse regioni hanno norme e regolamenti differenti per quanto riguarda 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 presentano design geometrici moderni che garantiscono prestazioni migliori e un aspetto estetico più gradevole. Il loro aspetto si integra armoniosamente con le infrastrutture circostanti, 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
A causa della particolare conformazione del rotore, non tutte le pale ricevono il vento contemporaneamente . Le pale rivolte verso il vento ruotano, mentre le altre le seguono, con conseguente minore efficienza di rotazione. Inoltre, le turbine eoliche Savonius sono soggette a una maggiore resistenza aerodinamica a causa dell'ampia superficie delle pale.
2. Accesso a velocità del vento inferiori
Le turbine eoliche ad asse verticale (VAWT) sono installate a livello del suolo, pertanto non possono sfruttare le velocità del vento più elevate che soffiano ad alta quota . Ciò limita il funzionamento delle turbine a livelli di velocità del vento inferiori.
3. Rapida usura dei componenti
Poiché le turbine eoliche verticali vengono installate in aree popolate a livello del suolo, sono soggette a problematiche più complesse come vibrazioni e turbolenze . Le pale devono sopportare forze maggiori e i cuscinetti tra l'albero e il rotore sono sottoposti a pressioni più elevate. Questo a volte può causare crepe o deformazioni nelle pale.
4. Minore efficienza complessiva
Le turbine eoliche ad asse verticale hanno un'efficienza inferiore rispetto alle turbine eoliche ad asse orizzontale (HAWT) a causa delle loro caratteristiche di progettazione e di funzionamento.
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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