Szélturbina, szélgenerátor, szélkerék: hogyan működnek ezek a berendezések, mennyi áramot termelnek?

Cikkünkben minden fontos tudnivalót elárulunk a szélgenerátor működése kapcsán: tudd meg, hogyan működik a szélturbina és hogyan működik a szélkerék, milyen szélgenerátor árak jellemzik a piacot. Mire elég egy 5 kW szélgenerátor és milyen kisméretű szélgenerátor, kerti szélkerék elegendő egy háztartás áramügyi ellátására? A szélturbina áramot termel – de hogyan és mennyit?

Miért jó a szélenergia?

A szélenergia világszerte az egyik legnépszerűbb megújuló energiaforrás, amivel villamosenergiát állíthatunk elő a nagyobb ipari létesítmények ellátásától egészen a kisvállalkozásk és magánháztartások áramfogyasztásának fedezésére. A megfelelően méretezett berendezések a háztartás teljes áramigényét képesek fedezni. A szélenergiát szolgáltató szélturbina részei kis alapterületet foglalnak el, ám jelentős, 100%-ban környezetbarát energiát nyernek ki; a szélturbina működése nem jár károsanyag-kibocsájtással, napszaktól függetlenül, ingyenesen használhatóak, a villany mellett a fűtést is működtethetjük vele.

A szélenergia előállítására a szélturbina nevű eszközt használjuk, nevezhetjük azonban szélgenerátor vagy szélkerék néven is (a berendezés részeire a későbbiekben még visszatérünk). Általánosságban olyan eszközről beszélünk, ami a szélmotor, azaz szélturbina nevű eszközzel „fogja be a szelet” – a szél forgatja a vízszintes vagy függőleges tengelyű szélkereket, ami háromfázisú áram termelését végzi, ezt kis veszteséggel nagy távolságokra is el tudják szállítani transzformátorok segítségével.

Hogyan működik a szélgenerátor?

A szélgenerátor őse a szélmalom, ami a levegőből származó energiát mechanikus erőkifejtésére használta fel a gabona őrlése során. Az, hogy a szélturbina mennyi áramot termel, évszakonként változó, nagyban függ az időjárástól, hiszen az őszi, téli időszak jóval szelesebb, mint a nyár. Magyarország területe a mérsékleten szeles kategóriába tartozik, ami azt jelenti, hogy egyes vidékektől eltekintve nem túl szeles az időjárásunk, így nálunk kevésbé jellemző a szélenergia használata, mint például Ausztriában vagy Németországban.

A szélturbinák 3 alaptípusát különböztetjük meg: ide tartozik a függőleges tengelyű szélturbina (ehhez nem szükséges irányítólapát), a vízszintes tengelyű szélturbina (szélirányba kell forgatni a hajtóművét, hogy jól teljesítsen), illetve vannak még egyedi kialakítású szélturbinák is, amik speciális igényekhez igazodnak. A ma is elterjedt szélturbinák/szélgenerátorok az 1980-as években váltak elterjedtté, azóta a szélgenerátor technikai kivitelezése rengeteget fejlődött.

Mekkora szél kell a szélturbina forgatásához?

A szélturbina lapátjai 3m/s átlagsebességű nyílt területi szélnél indulnak be (a szélturbina lapátjainak fordulatszáma n=15-60/min tartományban mozog), ám ha gazdaságos szélenergia termelést szeretnénk elérni, tudnunk kell, hogy ehhez minimum 6m/s sebesség szükséges.

Mekkora szélgenerátor kell egy családi ház villamosenergia-ellátásához?

A legtöbb szélgenerátor teljesítménye 5 kWh és 50 kWh között mozog (egy 50 kW szélgenerátor akár 40 családi ház energiafogyasztását is fedezheti a megfelelő környezeti feltételek teljesülése esetén), attól függően, hogy mekkora áramforrást igényelnek a szélenergiával ellátott lakóépületek. Az 5 KWh szélgenerátorok 1-3, a 6-tól 50 KWh-ig terjedő berendezések 3 fázisú áramelőállító készülékek. A nagyobb berendezések telepítésénél figyelni kell arra, hogy a házaktól, tereptárgyaktól legalább 150 méterre essen a szélturbina, de szükséges hozzá előzetes szélmérés is.

Egy családi ház áramellátáshoz szeles helyen elegendő egy kisteljesítményű, néhány kW-os szélturbina is, kiegészítő áramforrásként, vagy alacsony áramigény esetén akár az 3-5 kW szélgenerátor is megteszi. Az induló teljesítmény kisebb, háztartási szélgenerátorok esetén 1-2 kW, de ennél kisebb, pl. 100-400 W-os szélgenerátorok is kaphatók – minden csak attól függ, hogy mire szeretnénk használni a szélgenerátor által előállított energiát és hogy mennyire van szükségünk.

A szélturbina méretei, részei és azok funkciói

A szélturbina méretei esetében nagy a szórás: az ipari szélgenerátorok (azok az óriási szélkerekek, amelyeket a szántóföldeken, dombságokban is láthatunk) mérete elérheti a 130 méteres magasságot is, a szélkerék rotorátmérője 90 méter is lehet (sőt, még ennél is nagyobb berendezésekkel is találkozhatunk). Rengeteg kisméretű szélgenerátor családi házhoz is köthető, hogy a privát áramfogyasztást fedezze – ezeknek a mérete kb. 12 m oszlopmagasság és 3 méteres rotorátmérő környékén változik. Nézzük, hogyan működik a szélkerék és a szélgenerátor!

A szélturbina működése igazán egyszerű, ha ismerjük a berendezés elemeit és azok funkcióját. Maga a szerkezet egy mechanikus alapra van felépítve, itt csatlakoztatják az elektromos hálózathoz is, illetve ezen az alapon áll a torony (a szélkerék „rúdja”), benne egy belső létrával. A torony tetején található maga a szélgenerátor (ez a berendezés egyik legfontosabb eleme, a „feje”, egy állandómágneses generátor), ami a szélirányba-fordítón ül és egy borítólemez védi. A borítólemezen található egy anemométer nevű műszer is, aminek a szél sebességének mérése a feladata.

A szélerőmű leglátványosabb alkatrészei a forgólapátok, amelyeket értelemszerűen a szél forgat, ezeket a lapátszögelforgatón láthatjuk, mindez egy rotortengelyre van illesztve. A generátor és a „szélkerék” közt szintén fontos alkatrészek helyezkednek el, ezek a generátor előtti tengelykapcsoló, illetve a fékhajtómű. A szélturbinák működése között csak a szélkerék tengelyelhelyezése a számottevő (ez lehet függőleges, vízszintes és egyéb formájú is). A szélgenerátor működésének ismerete mellett rengetegen foglalkoznak azzal, hogy házi szélturbinát építsenek – kisebb-nagyobb sikerrel.

A szélgenerátor már aránylag kis szélsebességnél is termeli a váltóáramot, ezt egy állandó feszültséget biztosító egyenirányító segítségével egyenárammá alakítja. Az így nyert energiát a szélerőmű egyből a hálózatra tápláhatlja, de akkumulátorokban is eltárolhatja. Az innen jövő egyenáramot egy inverter (más néven feszültségátalakító) segítségével 220 voltos váltóárammá alakítja, amire ráköthetjük a különböző fogyasztókat, így a magánotthon villamoshálózatát is.

A szélkerekek egy másik típusa a szivattyús szélkerék, amit vízszivattyúzásra használnak. A szélkerék szivattyú vízpótlásra, vízforgatásra használható, gyakran használják állattenyésztő telepeken itatók feltöltésére, öntözésre, tűzvédelmi oltóvizet tartalmazó gödrök, árkok feltöltésére, emellett tanyák és hétvégi házak vízellátásának fedezéséhez is használható.

Mennyi elektromos energiát állítunk elő szélgenerátor használatával?

A szélturbina működése nagyban függ a berendezés elhelyezésétől, a környezeti feltételektől, az időjárástól – éppen ezért hangsúlyozzuk, hogy hiába hangzik jól, a szélkerék nem telepíthető mindenhová gazdaságosan, ugyanis az európai területek nagyrészén egyszerűen nincs elég erős szél a működtetésükhöz. A szélenergia jelenleg a világ villamosenergia-igényének mindössze az 1%-át fedezi, országonként eltérő arányban más energiaforrásokkal vegyesen. Európában az élenjáró országok közé tartozik Dánia, ahol a villamosenergia 20%-át szélturbinák állítják elő, de Németországban is jelentős, 6%-os energiaigény-fedezettségről van szó.

A szélturbina, a szélkerék és a szélgenerátor környezeti hatásai

A szélerőművek és a szélenergia kapcsán 100%-ban zöldenergiáról beszélünk. A legtöbb információforrás abszolút környezetbarát áramforrásként tekint rájuk, hiszen maga a szélgenerátor szinte minden alkatrésze újrahasznosítható alkatrészekből van, azonban – mint bármilyen más erőműtípus esetében itt is meg kell bontanunk a természet egységét. A szélturbina telepítés esetében a legfontosabb feladat a megfelelő elhelyezés, ami leggyakrabban szántóföldeken, utak mentén, domboldalakon található. A szántókon könnyű őket telepíteni, azonban néha sajnos elkerülhetetlen az erdőírtás, hogy a szélturbina gazdaságosan kihasználható maradjon.

Szélgenerátor árak 2022: mennyibe kerül egy szélturbina?

Jogos kérdés, hogy milyen termék a szélturbina ár szempontjából, mennyibe kerül egy szélgenerátor rendszer kiépíttetése. Ahogy a hőszivattyús fűtés esetében is elárultuk, az ilyen környezetbarát rendszerek kiépíttetése egyelőre komoly anyagi ráfordítást igényel, ám ha szerencsénk van, pályázati úton igényelhetünk rá anyagi segítséget, ahogy a lakossági napelem pályázat esetében is történik – érdemes mindig figyelemmel kísérni a megújuló energiaforrásokra vonatkozó állami és uniós pályázati lehetőségeket, nehogy lemaradjunk róluk!

A szélturbina árak nagyban függenek attól, hogy a szélgenerátor hová vezeti le a szélenergiát – akkumulátorokba (ezt akkor alkalmazzák, ha nincs kiépített villamoshálózat, vagy ha a szélenergia csak kiegészítő áramforrásként használatos) vagy egyből a hálózatba (itt a feltáplált villamos energia mennyiségét egy külön óra, vagy ad-vesz villanyóra méri, amely az elszámolás alapját képezi - így tudjuk csökkenteni a villanyszámlát teljesen hivatalosan). Az árak a szélgenerátor méretétől függően 3-500.000 Ft-tól indulnak, ám a nagyteljesítményű, jól kihasználható gépezetekért egy új családi autó árát is elkérhetik (2-8 millió Ft).

A szélgenerátor árak emellett azon is múlnak, hogy mekkora turbinára van szükség, ugyanis ez a háztartás energiafelhasználásától függ – nem meglepő, hogy egy kisméretű szélgenerátor kevesebbe kerül, mint egy nagyteljesítményű berendezés. Nehéz megítélni azt is, hogy megtérül-e a szélturbina, hiszen minél nagyobb az energiaigényünk, annál nagyobb a villanyszámlánk is, ilyen esetben a szélturbina ár könnyebben megtérül. Arról se feledkezzünk el, hogy csak megfelelő helyre érdemes ilyen berendezést telepíttetni – ha nincs szél, ami működteti, nincs értelme a szélgenerátornak sem!