A munkamenet megtervezése
Mindenekelőtt, ügyeljen a biztonságra!
Kisebb méretű szélturbinák építése és üzemeltetése során sok esetben nyílhat lehetőség olyan hibára, ami személyi sérüléshez is vezethet. A következő útmutatót saját felelősségére használja!
Bár nem kívánom olvashatatlanná nyújtani a könyvet mindenféle biztonsági és jogi jellegű megjegyzésekkel, amiket a legtöbb könyv említ, de minden esetben előre felhívom majd a figyelmét a főbb veszélyekre.
Tapasztalataim alapján a legtöbben az ujjaikon szoktak sérüléseket szenvedni, főleg a mágnesek szerelésekor. Hallottam olyat is, akinek odavesztek az ujjai. Kezelje tehát tisztelettel a mágneseket és ne hagyja őket szanaszét heverni sem.
Viseljen megfelelő munkaruházatot, amennyiben az elősegíti a biztonságot – fém csiszolásakor például mindig viseljen szemüveget. Minden művelet rejthet valamilyen fokú veszélyforrást, amennyiben nem elég óvatosan vagy hozzá nem értően végzik. Körültekintéssel tanulja meg használni a munkaeszközöket.
Az akkumulátorok például különösen sok veszélyt rejthetnek. Rövidzárlat esetén nagyon sok energiát képesek leadni, amely tüzet vagy égési sérüléseket is okozhat. Egyrészt robbanékony gázokat tartalmaznak, amelyek egy óvatlan gyújtószikra által savat fröcskölhetnek akár a szemébe, másrészt ólmot is, ami igencsak megnöveli az eszköz súlyát és egyébként is nagyon mérgező.
A tornyok felállítása esetenként becsapósan trükkös lehet, próbálkozásaik során sokan döntöttek már le szélturbinákat igen nagy magasságból. Új tollkészletet gyártani is nagy nyűg, de az emberi életet semmi sem pótolhatja, ezért mindig nagyon figyeljenek, hogy soha senki ne legyen a dőlés irányának területén. Szélturbina tornyot soha ne állítsanak fel közterületen, ahol emberek gyűlhetnek össze alatta.
Az akkumulátor-töltő szélturbinákra általában véve az elektromos áramütés veszélye nem jellemző. Ellenben ne felejtse el, hogy amikor a turbinák gyorsan pörögnek és nincsenek akkumulátorhoz csatlakoztatva az általuk termelt feszültség jóval magasabb is lehet, mint az akkumulátor névleges feszültsége. Néhány kivételes feltétel teljesülése esetén (különösen 48 V-os rendszereknél) is felléphetnek veszélyes méretű feszültségek, ezért a kapcsolószekrényeket a legjobb zárva tartani.
De mégis, mekkora legyen a turbina?
A turbinából „szüretelhető” energia mennyisége két fő tényező függvénye: a toll rotor átmérője és a megfelelő erejű szél. A váltóáramú generátor Wattban mért teljesítmény-besorolása általában azért nyom nagyon keveset a latba, mert a nagy teljesítmény csak erősebb szélben mutatkozik meg. Túlnyomórészt tehát a leadott teljesítményt a rotor méret és a szél befolyásolja leginkább.
A táblázatban durván megsaccoltam az anyagköltségeket is. Sok múlik azon, hogyan történik majd a beszerzés, mennyi lesz a kiszállítás díja és esetleg akad e kéznél alkalmazható anyag (pl. fémcsövek, fűrészáru). A könyv végén található néhány hasznos beszerzési forrás listája és egy szószedet is.
Úgy gondolom, hogy az összköltség kevésbé fontos végső soron ahhoz képest, hogy mennyi időbe telik kivitelezni egy ilyen tervet. Valószínűleg inkább pár hét lesz, mint pár nap. Azért javasolom, hogy egy kisebbet építsen először, hogy tapasztalatot szerezzen és legyen is sikerélménye mielőtt feladná. Mindenesetre nehéz leírni az érzést, amikor a kétkezi munka gyümölcse elkezd áramot termelni.
Kis szélturbina sematikus ábrája
A szélturbina három-fázisú váltóáramát (AC) egy egyenirányító alakítja egyenárammá (DC).
/Az ábrán az egyszerűség kedvéért csak egy DC huzal látható, de valójában kettőre lesz szükség./
A legtöbb esetben az egyenáram ezek után kerül átalakításra normál háztartási árammá.
Mit tudnak a szélturbinák?
A kis szélturbinák nagyon jól megfelelnek elektromos áram termelésére szeles területeken. A szélenergia nagyban a szél sebességének függvénye, ezért is jó ötlet minél magasabb tornyot emelni, hogy a legjobb szeleket érjük el. A turbinának jóval a körülötte lévő házak és fák fölé kell emelkednie, nem elég, ha a tetővel egy szintben van. Amennyiben a helyszín az átlagosnál nem szelesebb, a kevés szél miatt nem biztos, hogy feltétlenül megéri majd a próbálkozás. Viszont ha igazán szeretné, nincs rá oka, hogy ne építse meg. Városban sincs értelme nagy terepjáróval furikázni, mégis sokan ezt teszik. Ehhez képest egy kis szélturbina építése vagy vásárlása sokkal inkább „rendben van”. Fontos megértenie azonban, hogy minél kevésbé szeles a terep, annál kevésbé lesz jelentős a megtakarítás. Ha nincs elég erős és elég sok szél, a turbina jóval környezetbarátabb, mint egy terepjáró, de nem fogja azonnal „megmenteni a bolygót”.
A könyvben szereplő turbinák elsősorban akkumulátorok töltésére lettek tervezve. Elektromos áramot szolgáltathatnak olyan helyen ahol az egyébként nincs.
Hasznos napelemeket (PV) csatlakoztatni a szerkezethez azokra az esetekre, amikor szélcsend van, továbbá igen egyszerű az akkumulátorok erejét háztartási árammá alakítani is. Azonban az akkumulátorok és a napelem berendezés egyéb darabjai nem olcsóak.
Ha van már a helyszínen bekötött áram, nincs túl sok értelme nagy hangsúlyt helyezni az akkumulátorokra. A szélenergia leghasznosabb felhasználási módja, ha egy különleges hálózatra csatlakoztatható inverter közvetlenül a hálózatba táplálja az áramot. Ez a rendszer olcsóbb lehet, mint az önálló akkumulátoros rendszer, de a belőle nyert áram is kevesebbet ér, mivel a hálózati szolgáltató többnyire olcsó áraival kell versenyeznie.
Néhányan kizárólag fűtésre használják a szél erejét. Így nem kell vesződni a hálózatra csatlakoztatással és kiiktatjuk az energia elemekben való tárolását is – a hőt sokkal olcsóbb tárolni – bár végső soron a hőenergia értéke gyakran jóval alacsonyabb, mint az elektromos áramé.
Töltésvezérlők
Nem jó ötlet a fűtőtestet közvetlenül a turbinára csatlakoztatni, mert az meggátolhatja abban, hogy a rotor beinduljon. A fűtőtestet akkor szabad bekapcsolni, ha már elég magas a feszültség. Egy töltésvezérlőre van szükség, amely automatikusan bekapcsolja a fűtőtesteket.
A szélturbina hasonlít egy olyan motorhoz, amelynek a nyomatékát nem tudjuk irányítani. Ha nem fúj a szél, egyáltalán nem is fog forogni a rotor, ha viszont erős a szél, le kell kötni a termelt energiát, különben a turbina túlpöröghet és el is szabadulhat. Ha a turbina fő fogyasztójának vezetékei ki vannak húzva, a feszültség felszökik, majd végül világítást és elektromos berendezéseket rongálhat meg.
Akár fűteni szeretne a széllel, akár nem, illene használnia valamilyen elektromos töltésvezérlőt, amely fűtőtestekre kapcsolja a turbinát abban az esetben, ha a feszültség a kívánt szint felé emelkedik. Az eféle vezérlők egyre könnyebben hozzáférhetőek akkumulátor-töltő rendszerek kapcsán, de hálózati csatlakoztatás terén is egyre szélesebb a kínálat. Vegye figyelembe, hogy az akkumulátorokhoz tervezett töltésvezérlők általában nem tudnak működni akkumulátor nélkül, viszont néhány esetben kondenzátorokat is használhat az akkumulátorok helyett a feszültség stabilizálásához, amennyiben a működési frekvencia elég magas.
Amennyiben lelkesedik az elektronika iránt, töltésvezérlőjét elkészítheti saját kezűleg is. Egyes típusok úgy működnek, hogy sok kis töltést kapcsolgatnak ki-be relatíve lassan, mások egy töltést kapcsolgatnak gyorsan. Az elveszett energia annak függvénye, hogy milyen hosszan és sűrűn pulzáljuk a töltést.
A hővé alakuló energia hasznosítható egy vízmelegítővel, majd alacsonyabb rendű célokra is felhasználható miután elég meleg. A rendszer lehetséges összetettségének nincs határa, ha a lehető legjobban szeretné hasznosítani a termelt szélenergiát.
Egy önálló napelem (PV) töltésvezérlő csak akkor működik szélturbinákkal, ha van töltésvezérlő üzemmódja. A legtöbb napelem elektromos töltésvezérlő a panel lekapcsolásával szabályozza a feszültséget, és ez szélturbinák esetében nem jó ötlet. A Xantrex C-40 és Morningstar TS45 típusú vezérlők (lásd balra) közül mindkettő alkalmas töltés elvezetésére, de az utóbbinak jobb a reakcióideje, amikor hirtelen feltámad a szél.
Az akkumulátor feszültségének kiválasztása
A 12V-os akkumulátorok csak nagyon kis rendszerekhez alkalmasak, mivel a szükséges huzalok nagyon vastagak, drágák és nem oda illőek. Hacsak nincs valamilyen különleges oka, hogy kifejezetten a 12V-os akkumulátorhoz ragaszkodjon, válasszon inkább 24V-osat, de még jobb a 48-as. A 48V-os akkumulátor 4 darab 12V-osból készül, a 48V-os feszültségű áramot egy inverteren keresztül átalakítva hálózati AC árammá.
Olcsóbb inverterek kaphatóak 12 és 24V-os akkumulátorokhoz is, amennyiben nem kíván csúcsminőségű inverterre költeni, a 24-es lehet a legjobb választás.
Ha akkumulátorok nélkül táplálja a hálózatot, egy jó inverter választás lehet a „Windy Boy” 1700 wattos modell. Ez a hálózati csatlakozó inverter 140V és 350V közötti skálán többféle feszültséggel üzemel. Sok hasonló inverterből választhat.
A turbina tekercseléséről szóló oldalakon mutatok be egy táblázatot a különböző akkumulátor-feszültségekről és a Windy Boy inverterről is.
Ha fűtéshez kívánja használni a turbinát, az optimális feszültség elsősorban a fűtésvezérlő, másodsorban a fűtőberendezés jellegének függvénye. A magasabb feszültség előnye továbbá, hogy a huzalok kisebb áramerősséggel is szállíthatják az energiát, amiből így kevesebb vész el a kábeleken keresztül hőenergia formájában.
Akkumulátor típusok
Sokféle akkumulátor típus létezik, még az általános „ólom sav” családban is, melyet a kis turbinák esetében szokás alkalmazni. Az autó-akkumulátorok nem alkalmasak komolyabb mennyiségű energia tárolására, csak egy rövid erős lökésre, amellyel a motor indul. A legtöbb egyéb akkumulátor-típus várható élettartama 5 év, de ez a paraméter nagyban függ a használat jellegétől. Általában kettőtől tíz évig bírják.
Az emelővillás teherautó akkumulátorok alkalmasak nagyon nehéz, mély töltési és kisülési ciklusokra, azonban nem tartalékolják elég hasznosan az energiát, mondjuk néhány hetes időszakot tekintve. Általában ott működnek a legjobban, ahol kis elemkapacitás kerül napi töltésre és leadásra. A mellékelt ábrán hat különálló 2V-os akkumulátor cella teszi ki a 12 Voltot.
„Hobbi” vagy „szabadidős” akkumulátorok inkább úgy néznek ki, mint az óriási (60 kilós) autó akkumulátorok. Például hajókban gyakran használatosak, többnyire 12 Voltos kiszerelésben. Népszerűségük oka, hogy széles körben hozzáférhetőek, olcsóak és jól tartják az áramot.
A zselés és az AGM zárt akkumulátor típusokat főként olyan helyeken alkalmazzák, ahol minimális a lehetőség a karbantartásra, nehezen megközelíthető vagy távoli helyeken és olyan esetekben, amikor az elem-folyás megengedhetetlen. Kétszer annyiba kerülnek, mint a „folyós” akkumulátorok és helytelen töltési feszültségektől igen könnyen tönkremennek.
A használt akkumulátorok vonzónak tűnhetnek mind a költségek faragása, mind a rendszer környezetvédelmi szempontjából. Sajnos azonban a legtöbb esetben nem éri meg használt akkumulátorokkal próbálkozni. A legjobb típus a régi, átlátszó burkolatú, egyedi cellákból álló „standby” akkumulátor. Ezek közül egyes darabok 25 vagy 30 évig is bírják a szolgálatot.
Miért nem jó néhány egyébként népszerű ötlet
Autó generátorok
Az autó generátora vonzó megoldásnak tűnhet házi termesztésű villamos áram előállításakor, mivel széles körben olcsón hozzáférhető és akkumulátorok töltésére lett kitalálva. Szélerőmű generátornak azonban sajnos rossz választás. Normál használat esetén a hatékonysága soha nem több körülbelül 60 %-nál, általánosságban elmondható, hogy gyakorlatilag az előállított energia felét elpazarolja. A csapágyak túl kicsik ahhoz, hogy megbízhatóan erősítsék a nagy tollakat (nagyjából 1500 mm feletti átmérő felett). Három fő probléma akad:
1. Arra tervezték, hogy könnyű és strapabíró legyen, továbbá hogy bírja a nagyon magas fordulatszámon történő üzemelést. 1000 rpm fordulatszám alatt nem termel használható áramot. Ha a szélturbina tollait közvetlenül a tengelyre erősíti fel, azok viszonylag lassan fogják hajtani. E sebességbeli eltérés orvoslására számos gyenge módszer kínálkozik:
- Használjon rövidebb tollakat. A csúcsoknak forgásonként jóval kisebb távolságot kell megtenniük, így magasabb fordulatszámon is pöröghetnek. Ez a megoldás nagy szélben tud energiát termelni, amikor a szél sebessége és ereje megfelelő a tekercs energizálásához. A legtöbb esetben azonban sajnos azt fogja tapasztalni, hogy a szél nem elég erős ehhez és a turbina nem termel semmit. Kis tollakkal alacsony szélben nem lehet nagy sebességet elérni vagy elég szélenergiát befogni.
- Fogaskerekek beépítése a fordulatszám növelése érdekében. Extra költségek, extra erővesztés, extra megbízhatatlanság és összegészében csúnya és hanyag mérnöki munka. Nagy elpazarolt erőfeszítés egy kiábrándító végeredményért.
- A tekercs újratekercselése alacsonyabb sebességen való üzemeltetéshez. Használjon minden tekercsben vékonyabb huzalokat több fordulattal. Ez csökkenti a belépési fordulatszámot, de ugyanakkor növeli a veszteséget magukban a tekercsekben és korlátozza a leadható teljesítményt, tovább rombolva az egyébként is alacsony hatékonyságot.
2. A generátor tekercs mezőjét árammal kell ellátni, hogy beindítsuk a mágneses fluxust. Alacsony sebességű szél esetén a fluxust kell maximalizálni. Működés közben a tekercsben ugyanez a folyamatos fluxus 30-40 wattos veszteséget okoz. Ez a veszteség padlóra vágja a teljesítményt kis szélben, 40 watt folyamatos veszteség ugyanis egy teljes kW/h-t jelent naponta.
Megoldások? Használhat állandó mágneseket. Ez igen fáradtságos, a végeredmény meglehetősen kicsi és könnyű, tehát a teljesítménye nagyon gyenge - hacsak nem kifejezetten kicsinek készül a szerkezet (mondjuk 50-100 watt).
3. A generátor belső szabályozója nem alkalmas egy távolabbi akkumulátor töltésére. Ha az akkumulátor nincs a közelben, akkor generátor feszültsége magasabb lesz, mint az akkumulátoré, emiatt a szabályozó a mágneses mező csökkentésével elkezdi korlátozni a leadott feszültség mennyiségét, amíg az akkumulátor megfelelően nem tölt. Az ilyen működés a kimeneti teljesítményt és a mágneses mezőt is csökkenti, ami terhelés mentesíti az egyre gyorsabban forgó tollakat, ez pedig zajt és rázkódást idéz elő. Mindez végül feleslegesen terhelné a szerkezetet (tollcsúcsok, csapágyak, stb.).
Át kellene kötnie a belső szabályozót.
Bár első ránézésre ez olcsónak és vonzónak tűnhet, az autók generátoraival több vesződség van, mint amennyit megér. Azért is érdemes célra tervezett szélturbina generátort építenie, mert ez mindent összevetve a legegyszerűbb.
Acélmagok a sztátor tekercsekben
A legtöbb hagyományos generátor magja laminált acélból készül, amely a mágneses a vörösréz huzal tekercselésén keresztül felerősíti – ezzel pedig az adott mennyiségű mágneses anyagból nyerhető kimeneti feszültséget növeli.
Az itt jellemzett tengely-fluxusú generátoroknak nincsenek magjai a tekercsekben, ezért ugyanakkora teljesítmény leadásához jóval nagyobb mágnes térfogat szükséges. Nem lenne tanácsos magokat helyezni a tekercsekbe, mert a magok mágnesei a tekercs magjaival a mágneses erőtereik miatt nehezen engednék beindulni magát a generátort és zakatolóssá tennék a működését is. (Az egyenetlen nyomaték az angol szakzsargonban egyébként „cogging” néven ismert.)
Az acél magos generátorokat általában nehezebb beindítani, hiszen ezek komoly mágneses „húzással” bírnak és ez gyenge szélben nagyon visszadobja a hatékonyságukat. A könyvemben említendő tengely-fluxusú generátorok nagyon könnyen forognak és jóval egyszerűbb őket megépíteni is. Az egyetlen hátrányuk a költségesebb mágnes árkülönbözete.
Több rotor és sztátor
Nagyon sokan kérdezték tőlem, hogy egy tengely-generátor erejét lehetséges e növelni további rotorok és sztátorok hozzáadásával. A válaszom: igen, de nem ez a leghasznosabb módja az elemek felhasználásának.
Alacsony üzemsebesség mellett magas hatékonyságot szeretnénk elérni, mindezt minimális mágnes és huzal költségvetéssel. Ha épít egy generátort két sztátorral és négy készlet mágnessel, akkor ugyanannál az üzemsebességnél dupla energiát nyer.
Ellenben ha minden mágnest dupla átmérőjű távolságban helyezünk fel a rotorokra és az összes tekercset egy nagy sztátorba rakjuk, akkor minden egyes tekercs is a feszültség dupláját adja le. Így kétszerannyi tekercsünk van, de maguk a tekercsek is kétszerannyi áramot termelnek ugyanakkora veszteségekkel. Egyébként a tekercsek négyszeres arányú áram leadására is képesek lennének, de az energiaveszteség is sokkal magasabb lenne.
Ha minden mágnest és tekercset egy generátorba helyezünk dupla átmérő távolságban, akkor a termelhető áram mennyisége az eredeti dupla helyett négyszeres és nyolcszoros közötti arányba emelkedik.
Bármilyen összeállítást is választ, ügyeljen arra, hogy a tollakhoz illő generátort alkalmazzon. A generátor sebessége például olyan tényezőktől függ, mint a mágnesek és tekercsek jellemzői, az akkumulátor feszültsége, stb. Ha túl alacsony a szélsebesség, a tollak leállhatnak. Ellenben ha feltámad a szél, a tollak nem tudnak majd elég gyorsan forogni, hogy igazán meghajtsák a generátort – további részleteket a könyv végén a generátor tervezéséről szóló fejezetben találhat.
Függőleges tengelyű szélturbinák VAWT (Vertical axis wind turbine)
A függőleges tengelyű turbinák tollai vízszintes síkon pörögnek. A vízszintes tengelyű szélerőmű tulajdonképpen a hagyományos szélmalom működési elvvel egybevág – tollak függőleges síkon pörögnek, felületükkel a szél irányába néznek. A függőleges tengelyű turbinák elve több ezer éves és a mai napig nagy népszerűségnek örvend, bár technikailag ezeket már régen felülmúlták a vízszintes tengelyű toll rotorok.
A VAWT turbinák vonzó tulajdonságai közé tartozik például, hogy bármilyen irányból képesek befogni a szél erejét és a generátort földszint közeli magasságban is meg tudják hajtani. Azonban a rengeteg kutatás ellenére sem lettek széles körben elterjedtek és sikeresek. Nehéz őket beindítani és leállítani, elkerülhetetlenül alacsonyabb a hatásfokuk, mint a vízszintes tengelyű turbináknak – tehát kevesebbet tudnak befogni a szélben rejlő energiából. Gyakran igen körülményes lehet egy VAWT tornyot a megfelelő magasságba emelni, ahol igazán jó szeleket ér. Alacsonyabb tornyokra helyezve őket pedig elkerülhetetlenül kevesebb esélyük nyílik jó szelet fogni.
A „Savonius” típusú alacsony sebességű függőleges tengelyű szélturbinák hasznosak nagyon egyszerű, nem kifinomult gépekhez, amelyek alacsony fordulatszámmal és hatásfokkal működnek. Pontosan ugyanekkora befektetett erőfeszítés jóval komolyabb hasznot hoz egy vízszintes tengelyű rendszer esetén. Az alacsony sebességű generátorok nagyon nehezek és drágák is.
A nagysebességű Darrieus „habverő” és a H-rotoros VAWT szélturbina típusok a legnépszerűbbek az egyetemi mérnöki karokon, de ezek soha nem lettek igazán sikeresek a piacon, kivéve Kaliforniában a 80-as években néhány évig. Röviden összefoglalva, a nagysebességű függőleges tengelyű szélturbinákkal az a fő probléma, hogy a szél lökései minden egyes fordulatnál elkerülhetetlenül hatnak a tollak hátoldalára is. Ez egyúttal komolyan terheli és megviseli a szerkezet anyagát, emiatt pedig rövidíti a tollak várható élettartamát. Végső soron ez az oka annak, hogy soha nem lettek igazán kereskedelmileg életképesek.
Sok kisebb VAWT turbina is megjelenik a piacon manapság, de úgy tűnik, egyiknek sincsenek működési eredményei. Valójában a legtöbb esetben fel sincs tüntetve semmilyen közérthető mérési adat az energiatermeléssel kapcsolatban. Óvakodjon a számítógéppel készített teljesítményt becslő számításoktól!
Több tollas rotorok
A régi vízpumpáló szélerőművek sok toll-rotorral készültek, hogy nagy nyomatékot tudjanak kifejteni kis szélben is. Jól meg is felelnek erre a célra. Több toll mindenféleképp nagyobb erőt fejt ki és megmozgatja a vizet, akár a föld mélyéről felhúzva is.
Elektromos áram termeléséhez inkább sebesség szükséges, mint nyomaték - mivel magasabb fordulatszám esetén sokkal kevesebb huzal és mágnes szükséges. Nagyobb sebességeknél mindössze két vagy három tollal a szélben rejlő összes energiát ki lehet nyerni, elsősorban áramot, nem pedig nyomatékot. A három-tollas rendszerek simábban futnak, ezt a változatot javasolom.
Tetőre erősítés
Egy másik elképzelés, amely igencsak megragadta a közönség fantáziáját: kisebb turbinák házak tetejére építése. Régóta ismert tény, hogy ez rossz ötlet, de ennek ellenére a közérdeklődés a városi szélenergia felhasználás iránt arra buzdítja az eladási ügynököket is, hogy terjesszék ezeket.
A tető szintjén a szélsebesség igen gyenge, mivel az olyan tereptárgyak mint, az épületek és a fák drámai hatással vannak a levegő áramlására - olyan örvényekké és széllökésekké törik az áramlatot, amely nagyon kevés felhasználható energiát tartalmaz, viszont nagyon megviseli a turbina szerkezetét. Felszerelése és karbantartása gyakran körülményes és költséges. Lakott területen a turbina magassága legalább 10 méter illene, hogy legyen, amely igen körülményes egy tetőre erősített szerkezettel.
A szélturbinák olyan gépek, amelyek működés közben elkerülhetetlenül rázkódást gerjesztenek. Szeles helyszíneken ez komoly zajproblémákat okozhat az épületben és akár szerkezetileg is képes azt megrongálni. A legtöbb helyszínen nem ez lesz a fő probléma, mivel a tetőn nem valószínű, hogy komoly munkát végezne a turbina, de mindenesetre az egész erőfeszítés feleslegesnek tűnik. Erős szélnek kitett helyszíneken az épületeket igen kellemetlenül rázza a szerkezet, a lakók biztosan zavarónak ítélik majd meg a zajt. Bárhogy is nézzük, a turbinának jobb helye lenne önálló tornyon, jóval az tető magassága felett és az épülettől távolabb.
Jómagam szimpatizálok azokkal a külvárosiakkal, akik szélenergiát szeretnének hasznosítani, de mindent összevetve a megvalósítás körülményes ezért el kell, hogy bátortalanítsam legtöbbjüket. A napelemek és a napenergiával fűtött víz sokkal jobb megújuló energiaforrás választások háztetőkre.
Spóroljunk az áramszámlán
Mindig kellemetlenül érzem magam olyankor, amikor valaki azzal az ötlettel keres meg, hogy szeretne az áram költségein spórolni egy kis szélerőművel. Magam is lelkes vagyok a kis turbinák iránt, de mivel 30 éve használom őket, tudom gyakorlatban mik a korlátaik. Ennek a fejezetnek az elején található táblázatból is kiderül, hogy egy jól elhelyezett turbina is csak néhány kilowatt áramot tud termelni. A legtöbb esetben az áramfogyasztás csökkentése kisebb erőfeszítésbe, kevesebb időbe és pénzbe kerül, mint az áram megtermelése. Ha magas az áramszámlája, akkor az energiatakarékosság hamarabb lesz kifizetődő, mint egy turbina.
Maga a szélenergia ugyanis ingyenes, de nem így az energia átalakítása elektromos árammá. Egy kis szélturbina felépítése mindenféleképpen csökkenti az áramszámlát, de ha a megtakarítás a fő szempont és motiváció, akkor azt egyéb könnyebb és olcsóbb módokon is elérheti. Az első befektetéssel kapcsolatos megfontolandó lépések között szerepel ilyen esetben a lakás szigetelése, fűtésvezérlők beépítése, energiatakarékos izzók, modern hűtők és fagyasztók beszerzése. A fatüzelésű fűtés szintén igen hasznos lehet. A TV és számítógép használaton kívüli kikapcsolása is sokat számíthatnak. Könnyen sok pénzt lehet megspórolni energiatakarékossággal, így halványabb környezetbe taposott nyomot hagyva magunk után. Ha már ezeket a lépéseket megtette, talán ideje rátérni a napenergia és szélerőmű közötti választás kérdésére. Érdemes azt is átszámolni, mikorra térül meg a sok kiadás és munka, előfordulhat, hogy jó ideig nem lesz megtakarítás. A kis szélerőművek alkalmazásának öröme komoly áldozatokat követel cserébe.
Amennyiben rendelkezésére áll megfelelő helyszín egy kis hidro-turbina számára, akkor sokkal nagyobb esélye nyílik, hogy így megújuló energiaforrással pénzt takarítson meg. Egy jó hidro-turbina komoly pénztermelővé válhat jó helyszínen.
Szélturbina autóra erősítése
Minden valószínűség szerint egy járműre erősített turbina jó szélnek van kitéve és megfelelő teljesítményt termelhet, ami akár az akkumulátort is tölthetné. Sajnos azonban a légörvény, amelyet a turbina okoz, extra terhelést jelent a jármű motorja számára. Ingyen energia tehát csak kivételes esetben, lejtőn lefelé termelődik. Vízszintes síkon közlekedve a hagyományos generátorok jobban megfelelnek a célnak, magához az akkumulátor töltéséhez kevesebb energiával megelégszenek, mint egy autó turbina.
Teszt céljából jó és érdekes móka turbinát szerelni egy járműre, bár ismétlem, ez nem kifejezetten hasznos módja az energiatermelésnek. Ugyanakkor a turbina teljesítményének pontos mérése sem lesz egyszerű feladat. Fő erénye, hogy a szél sebessége némileg irányíthatóvá válik.
Tengelykapcsoló vagy fék sebességkorlátozásra
A két megoldás bármelyike napokon belül elhasználódna egy igazán szeles helyszínen. A szélturbinák ugyanis jóval többet dolgoznak, mint a legtöbb gép, amelyet használunk. Ha féket használunk, annak illene működéskor teljesen leállítani a turbinát, ellenkező esetben nagyon hamar tönkremegy.
Légáramlati kürtő építése
Egyszerűen szólva, egy ilyen kürtő építése nem éri meg a fáradtságot és az anyagot sem. A cél az lenne, hogy kisebb átmérőn nagyobb sebességű levegőt húzzunk át, azonban a levegő nagy része többnyire elkerüli az ilyen kürtőket, így e téren kevesebbet nyerünk, mint gondolnánk. Végső soron egy nagyobb toll-átmérőjű hagyományos turbina felerősítése még mindig hasznosabb ötlet, mint a kürtő megépítése. Néhány nagy cég rengeteg befektetett pénz árán kellett, hogy ugyanezeket a következtetéseket vonja le.
Mik romlanak el a házi készítésű turbinákban?
Azok, akiknek már akadt dolguk kis turbinákkal, azt mondják, hogy akár házi akár gyári készítésűek, meglepően sok probléma akadhat velük. A szelet befogni nagyon jó móka, de amikor sok kisebb (és nagyobb) dolog romlik el, az nagyon frusztráló tud lenni.
Íme, néhány példa azok közül, amelyek megtörténhetnek:
- Gyenge hegesztési munka és a tollak kiegyensúlyozatlansága gyakran ahhoz vezet, hogy végül leesik a farok. Ha rázkódik a szerkezet, azt a farok viseli a legrosszabbul.
- Az egyenirányító diódái elromolhatnak gyenge huzalozás vagy hűtés miatt. Ilyet okozhat a közelbe becsapó villám vagy hasonló feszültségingadozás. Ide mindenféleképpen megéri felszerelni egy szép nagy hűtőbordát, és a torony földelése is sokat segíthet.
- Néhány esetben a csapágyakkal is akad probléma. Ha a csapágyak felmondják a szolgálatot, akkor engedhetik, hogy a rotorok dörzsöljék a sztátort amely jelentősen megrövidíti ezen alkatrészek élettartamát.
- Nagyon szeles és vad feltételek mellett többször előfordult már, hogy a tollakra nehezedő erő nyomása alatt azok meghajlanak, és ha hozzá is érnek a toronyhoz, akkor eltörhetnek. Ez ugyan ritka, de újra és újra felbukkanó probléma. Könyvemben 2008-ban módosítottam a turbinák kitérésének javasolt irányát, most ennek következtében a forgás ereje a tollcsúcsokat a toronytól ellenkező irányba feszíti. A megoldás nem csak csökkenti a tollak érintkezésének esélyét a toronnyal, de akár teljesen meg is előzheti azt.
- Hosszabb távon a legkomolyabb probléma mindenféleképpen a mágneses rotor tárcsák rozsdásodása lehet, ha maguk a mágnesek is áldozatul esnek ennek, az 5 éven belül tönkreteheti a szerkezetet.
A mágnes rotorokat nagyon jól le kell festeni, mivel nedves klímában megindulhat a tárcsák rozsdásodása. Én magam jelenleg erre a célra epoxi bitumen festéket használok. A mellékelt fotón a mágnesek védőrétegének sérüléseit láthatja, amelyet fém darabok okoztak a légrésben (éles fém csíkok és egyéb darabok gyakran a menetek és lyukak fúrásakor kerülnek oda). Ha a védőréteg megsérül, a mágnes fokozatosan rozsdásodik és dagad. A képen látható mágnest szükséges volt eltávolítani és pótolni.
A kisebb szélturbinák 20 évig is bírják, de mindez rendszeres karbantartás és alkalmi javítgatások mellett igaz. Nehéz lenne megsaccolni pontosan milyen gyakran, hiszen minden helyszín, turbina és minden készítő maga más és más. Úgy gondolom az első évben valószínűbb komolyabb problémák megoldása, később pedig évente egy-egy kisebb várható. Lehet, hogy ez csak egy dióda-cserére, de lehet, hogy egy új tollkészletre merül fel majd igény. Nagyon jó ötlet egy tartalék alkatrész készlet felhalmozása, hogy a felmerülő problémák esetén a szerkezet gyorsan újra munkába állítható legyen.
Hasznos weboldalak további információkért
www.szellovas.hu
www.scoraigwind.co.uk/buildyo
www.otherpower.com
www.fieldlines.com
www.windpower.org
www.windmission.dk/workshop/
www.gotwind.org/index.htm
www.windstuffnow.com/main/
www.windchasers.ca
www.tripalium.org
www.buildyourownwindturbine.com
www.ecoinn.co.nz/pages/complete_solar.html
www.cat.org.uk
www.navitron.org.uk/forum/
www.homepower.com
www.briery.com/wind_turbine/
continuo.com/sustainable%20living/Windmill%2007/
www.thebackshed.com/Windmill/default.asp
www.forcefieldmagnets.com
www.royalfabrication.com
www.reuk.co.uk
www.mdpub.com/Wind_Turbine/
www.stanford.edu/~jparmer/Project%20Website/
www.wind-turbine-supplies.co.uk