Większości osób sformułowanie „turbiny wiatrowe” kojarzy się niemal wyłącznie z ogromnymi obiektami montowanymi na farmach wiatrowych, które wymagają rozległych równin oraz bardzo korzystnych warunków pogodowych. Istnieje jednak inny rodzaj turbin – małe wiatraki o różnych kształtach, mogące z powodzeniem wytwarzać prąd elektryczny na potrzeby gospodarstwa domowego.

Źródło: www.bornay.com

Wiatraki do zadań specjalnych

Weźmy pod uwagę obszary zabudowane, np. miejskie – z dużą ilością budynków, drzew, różnorodnych obiektów. Takie miejsca charakteryzują się sporą szorstkością terenu – oznacza to, że powietrze ulega tam turbulencjom na skutek zderzeń wiatru z obiektami. Dla montowania ogromnych, tradycyjnych turbin wiatrowych turbulencje nie są zjawiskiem pożądanym, gdyż znacznie obniżają uzysk energii. Lokalizując „dużą” turbinę wiatrową zwraca się uwagę, aby szorstkość terenu była możliwie najniższa. Z tego powodu farmy wiatrowe budowane są na płaskich, rozległych obszarach: na morzu, w pobliżu wybrzeża, na równinach.

Czasami pojedyncze wiatraki obserwuje się na szczytach wzgórz, na obszarach o korzystnych warunkach pogodowych. Wprowadzona jakiś czas temu ustawa odległościowa dodatkowo skomplikowała (a w praktyce: uniemożliwiła) montowanie nowych obiektów tego typu, ze względu na wymaganą odległość od zabudowań mieszkalnych.

Czy zatem instalowanie wiatraka na terenie zabudowanym – nawet w mieście ma sens? Oczywiście, jeśli jest to mikroturbina. Koszt wyprodukowania prądu elektrycznego z energii wiatrowej jest tańszy niż z energii słonecznej  – instalacje wiatrowe to stosunkowo proste maszyny, będące low – tech w porównaniu do zaawansowanej materiałowo fotowoltaiki, gdzie pogoń za wydajnością ma wpływ na cenę. Wprawdzie zakup instalacji wiatrowej to spora inwestycja, jednak turbina może posłużyć średnio 20 lat.

Mikroinstalacje wiatrowe to wiatraki o niewielkiej średnicy wirnika, zazwyczaj zbliżonej do 1 m oraz mocy zwykle zbliżonej do 1kW do 50 kW. Mogą posiadać poziomą oś obrotu (podobnie jak większość dużych turbin wiatrowych) – są to turbiny typu HAVT – Horizontal Axis Wind Turbine bądź pionową oś obrotu (VAWT – Vertical Axis Wind Turbine). Dobrze sprawdzają się montowane na dachach domów, budynków gospodarczych, na masztach mocowanych do podłoża, na jachtach, na latarniach ulicznych, wkomponowane w zabudowę miejską… Nie straszne im są „trudne” obszary, w których zastosowanie innych typów turbin byłoby niemożliwe bądź nieopłacalne.

Mikroinstalacje – nie mylić z „małą elektrownią wiatrową”, czyli każdym instalacją o mocy poniżej 1 MW – mogą być przyszłością rozproszonej generacji OZE.

Energy Ball; źródło: www.home-energy.com

Turbina niczym designerska rzeźba, czyli efektywne i efektowne  

Patrząc na ofertę producentów mikroturbin wiatrowych trudno oprzeć się wrażeniu, że wiele z tych instalacji przypomina designerską rzeźbę. Szczególnie efektownym designem wyróżnia się HelixWind – turbina o pionowej osi obrotu w kształcie helisy („świderka” przypominającego spiralę DNA). Dzięki unikalnemu kształtowi oraz specjalnym „kieszeniom” na brzegach niezwykle sprawnie chwyta wiatr – niezależnie od jego kierunku. Jest on typem dobrze znanej turbiny Savoniusa o nieco zmodyfikowanym designie. Średnica wirnika wynosi 1,2 m, natomiast jego wysokość – 1,8 m. Wykracza poza moc typową dla mikroturbin (moc Helix Wind to ok. 2 kW, bądź nawet 5kW dla większych modeli), jednak zwykle jest montowany w takich samych lokalizacjach, jak mikroinstalacje. Kosztuje ok. 7 000 dolarów.

Turbiny Helix Wind®; źródło: Pinterest

Innym przykładem pięknej i nietypowej mikroturbiny wiatrowej jest Energy Ball – wiatrak o kulistym kształcie. Jest to HAVT – podobnie jak popularne „jachtówki”, ma poziomą oś obrotu. Wygląda niesamowicie – przypomina ażurową kulę.

Energy Ball

Model Energy Ball v100 ma średnicę 1 m i kosztuje ok. 4 000 euro (nowy; ceny używanych wiatraków są znacznie bardziej przystępne). Niewielkie rozmiary i oryginalny wygląd sprawiają, że może stanowić nie tylko instalację produkującą energię, ale również… oryginalną dekorację. Jego niezwykły design stanowi owoc wykorzystania zasady Venturiego – kształt pełni funkcję „tunelu” bądź „lejka” kierującego wiatr na ostrza turbiny. Podobnie jak Helix Wind, wyróżnia się bardzo cichą pracą. Jego moc może wynosić 100 lub 200 W. Według reklam, może pokryć ok. 16% zapotrzebowania na prąd przeciętnego gospodarstwa domowego. Można wywnioskować, że byłby dobrym uzupełnieniem paneli fotowoltaicznych.

Helix Wind ® ; źródło: Inhabitat.com

Bornay BEE 800

Miłośnicy mikroturbin wiatrowych powinni zwrócić uwagę również na Bornay BEE 800. Jak podaje producent, została ona zaprojektowana do równoległej pracy wraz z systemem fotowoltaicznym. Jej atutem jest ciekawy kształt, będący wariacją na temat klasycznej turbiny o poziomej osi obrotu. Posiada 5 łopatek. Moc nominalna wynosi 800 W, natomiast cena – 3200 – 3460 euro. Startowa prędkość wiatru wynosi 3,5 m/s, natomiast maksymalna prędkość wiatru – aż 60 m/s (dla porównania, 12 m/s to prędkość wiatru zgodna z jej mocą nominalną). Co prawda wygląda nieco bardziej „standardowo” niż Helix Wind i Energy Ball, również przyciąga atrakcyjnym designem.

Zwolennicy klasyki w ofercie firmy Bornay znajdą więcej interesujących modeli – warto polecić Wind+ i Bornay, jednak obydwa modele są znacznie większe od kompaktowego BEE (można zaliczyć je raczej jako małe turbiny niż mikroturbiny), który może być montowany w zasadzie niemal wszędzie.

Źródło: www.bornay.com

Bornay BEE; źródło: www.bornay.com

Spośród modeli HAVT, w Polsce popularne są EW AirGenerator o mocach 400, 600 i 1000W i średnicy wirnika 1,5 – 1,96 m. Mają 5 bądź 6 łopatek, są smukłe i estetyczne, nie wytwarzają uciążliwego hałasu. Wyglądem przypominają tradycyjne mikroturbiny – podobne do montowanych na jachtach.

Fotowoltaika + mikroturbina wiatrowa – uzupełniający się system

W klimacie umiarkowanym obserwuje się, że późną wiosną, latem i wczesną jesienią więcej energii można wyprodukować ze słońca, niż z wiatru. Odwrotne proporcje występują późną jesienią, zimą i wczesną wiosną, kiedy dominuje wiatr, natomiast usłonecznienie jest znacznie mniejsze. Takie warunki sprawiają, że montaż instalacji OZE złożonej z paneli fotowoltaicznej oraz turbiny wiatrowej wydaje się być rozsądnym rozwiązaniem. Wtedy źródła energii wzajemnie się uzupełniają. Warto rozważyć wtedy zakup systemu magazynowania energii (akumulator o odpowiedniej pojemności), który umożliwi przechowywanie nadwyżek wyprodukowanej energii, zamiast sprzedawania jej do sieci.
Ile kosztuje zestaw składający się z mikroturbiny, inwertera oraz kontrolera? Jest to suma ok. 9 – 19 000 zł (dla mikroturbin o mocy 1000 – 3000 W). Sama mikroturbina wiatrowa z kontrolerem (bez pozostałych elementów zestawu) to wydatek rzędu 1300 – 2200 złotych  -tyle kosztują turbiny Tuuli o mocy 300 lub 400 W. Zestaw wiatrowo –fotowoltaiczny z kontrolerem, o mocy 6 kW, kosztuje ok. 42 000 zł (cena dla zestawu złożonego z 3 kW paneli fotowoltaicznych oraz mikroturbiny wiatrowej o mocy 3 kW).

Ceny wiatraków są nieco niższe bądź zbliżone do kosztu instalacji fotowoltaicznych. Średnia oszczędność roczna na rachunkach za prąd dla posiadacza mikroturbiny wynosi ok. od 200 do 7000 zł, zależnie od jej mocy oraz uzysku energii. W przypadku łączonego systemu fotowoltaiczno – wiatrowego, można zaoszczędzić nawet 12 000 zł rocznie, produkując własny prąd.

Źródło: www.reuk.co.uk

Nietypowe lokalizacje mogą zwiększyć uzysk energii

Według prawa Bernouillego, jeśli strumień powietrza przechodzi przez przewężenie (np. tunel, szparę pomiędzy budynkami), przyspiesza. Zależnie od szerokości i długości zwężki oraz prędkości wiatru przyspieszenie to jest większe bądź mniejsze. Warto uwzględnić to przy lokalizowaniu mikroturbiny wiatrowej, a raczej – wykorzystać istniejące korzystne warunki. Taka zwężka może występować np. gdy domy są obok siebie, a trzeci znajduje się za nimi, naprzeciw zwężki. Wtedy zainstalowanie turbiny na jego dachu będzie korzystniejsze, niż w miejscu, gdzie nie ma przewężenia.

Źródło: www.binary-helix.com

Helix Wind®; źródło: www.inhabitat.com

Dlaczego mikroturbiny wiatrowe?

Małe instalacje wiatrowe są niedrogie, kompaktowe, ładne i wszechstronne – sprawdzają się w rozmaitych zastosowaniach, od jachtów oraz oświetlenia ulicznego po dachy budynków. Z łatwością można je połączyć z panelami fotowoltaicznymi, tworząc system instalacji wzajemnie uzupełniających się źródeł energii.

Na Zachodzie rzędy mikroturbin wiatrowych montowane są np. na dachach bloków mieszkalnych, co jest przykładem interesującego zagospodarowania takich powierzchni. Ustawa odległościowa nie dotyczy mikroturbin. Są one ciche, bezpieczne dla fauny (np. ptaków i nietoperzy – w przeciwieństwie do farm wiatrowych nie powodują barotraumy) oraz mają estetyczny wygląd. Dzięki niewielkim rozmiarom oraz możliwości pracy niezależnie od kierunku wiatru (tracking bądź pionowa oś obrotu), są atrakcyjną opcją dla rozproszonej generacji odnawialnych źródeł energii.

Źródło: www.bornay.com

Opracowanie: Aleksandra Stelmach, współpraca GLOBEnergia