Rüzgâr türbinleri, rüzgâr enerjisini elektrik veya mekanik enerjiye dönüştürmenin en etkili yollarından biridir. Rüzgâr türbinleri, rotor kanatlarının dönen ekseninin konfigürasyonuna göre esas olarak iki kategoriye ayrılabilirler. Bunlar “yatay eksenli rüzgâr türbini (HAWT)” ve “dikey eksenli rüzgâr türbini (VAWT)” olmaktadır. Bıçakların dönen ekseni rüzgâr akışına paralel olduğunda türbin yatay eksenli rüzgâr türbini olarak adlandırılır. Dönen eksen rüzgâr akışına dik olduğunda ise buna dikey eksenli rüzgâr türbini denir. Yatay eksen tipleri en popüler ve yaygın olarak kullanılan ticari rüzgâr türbinleridir. Bu yazıda iki konfigürasyon arasındaki teknik farklılıklara değineceğiz.
Yatay Eksenli Rüzgâr Türbini
Yatay eksenli rüzgâr türbinleri uçak rotorlarına benzer rotorlara sahip rüzgâr türbinlerinde en sık kullanılan tasarım konfigürasyonudur. Kanatlar dönen eksenin rüzgâr akışına paralel olduğunda türbin yatay eksen rüzgâr türbini olarak adlandırılır. Bu rüzgâr türbinleri, pervane tipi bir rotor ile kinetik rüzgâr enerjisini yakalarlar ve dönme ekseni rüzgârın yönüne paraleldir. Türbinler, 1 watt ila yüz kilowatt arasında değişen boyutlarda olabilmektedir. Bu türbinler rüzgârın çalkantılı olduğu yerlerde etkili değildir, bu nedenle genellikle sabit yönlü bir hava akışının olduğu alanlarda bulunurlar.
Dikey Eksenli Rüzgâr Türbini
Dikey eksenli rüzgâr türbinleri tahrik milinin ekseninin yere dik olduğu en eski yel değirmenleri türüdür. Yatay eksenli rüzgâr türbini aksine ana rotor mili dikey olarak çalıştığı yel değirmeni türüdür. Bu türlerde bıçaklar yere dik olan dikey eksenlerine göre döner. Türbinler herhangi bir yönden ağır makine zemin seviyesinde bile rüzgâr yakalayabilir. Makine yere kurulduğundan, rüzgâr kulesi tasarımını ve yapımını basitleştirir ve sonuç olarak türbin maliyetini düşürür. Genellikle kıyı şeritleri, çatıları, şehir manzarası gibi türbülanslı rüzgâr akışı olan alanlarda kullanılır.
- Farklar
Yatay ve dikey eksenli rüzgâr türbini arasında birçok farklılıklar vardır. Bunlar basitçe 3 ana başlıkta toplanabilir:
- Tasarım
Yatay eksenli rüzgâr türbini, rüzgâr türbinlerinde uçak rotorlarına benzer rotorlarla kullanılan bir tasarım konfigürasyonudur. Yatay eksenlide bıçakların dönen ekseni rüzgârın yönüne paraleldir. Dikey eksenli rüzgâr türbini ise milin ekseninin yere dik olduğu en eski yel değirmenleri türlerinden biridir. Yatay eksen rüzgâr türbininin aksine ana rotor mili dikey olarak çalıştığı bir türbindir.
- Rüzgâr Koşulları
Yatay eksenli rüzgâr türbini maksimum rüzgâr enerjisini yakalamak için sabit bir akış ve rüzgâr yönünün mevcut olduğu düzen altında kullanılır. Yatay eksenli türbin rüzgârın çalkantılı olduğu yerlerde etkili değildir, bu nedenle genellikle sabit yönlü bir hava akışının olduğu alanlarda kurulurlar. Öte yandan dikey eksenli türbinlerden ise çatılar, sahiller gibi türbülanslı rüzgâr akışı olan alanlarda faydalıdır. Yatay eksenli dikey eksenlinin aksine düşük rüzgâr hızlarında bile çalışabilir ve uzun boylu yapılarda kullanımı yoktur.
- Makine
Yatay eksenli rüzgâr türbinleri, rüzgâr yönüne bakacak şekilde kulenin tepesine monte edilmiş rotor, şanzıman ve jeneratöre sahiptir. Yatay eksen tipine karşılık dikey eksenli rüzgâr türbininin önemli bir avantajı ise herhangi bir yönden rüzgâr kabul edebilir oluşudur. Yatay eksenli rüzgâr türbini, şanzıman ve diğer ana türbin bileşenleri rüzgâr kulesi ile tasarım ve inşaatı basitleştirir. Sonuç olarak yatay eksenli türbin maliyetleri azaltmaktadır.