Zlom pro využití větrných elektráren na zahradě: Vědci dosahují úžasného výkonu

Větrná elektrárna pro soukromé využití: První prototypy jsou už v provozu

Nedávno vyvinutá malá větrná elektrárna pro soukromé použití se ukazuje jako efektivní i při slabém větru a dosahuje vysoké účinnosti. Takový průlom se podařil díky inovativní lehké konstrukci a speciálnímu tvaru rotoru. 

Díky téměř plně automatizované výrobě by mohla být produkce nových „zahradních“ větrných elektráren poměrně levná, což by mělo vyhovovat právě soukromým domácnostem a menším podnikům. V současné době se první prototypy podařilo instalovat v Německu (v Braniborsku) a tam se i testují.

Větrná energie patří vedle fotovoltaiky k obnovitelným zdrojům energie s největším potenciálem. Dosud se využití větru soustředilo hlavně na velké větrné elektrárny a celé větrné parky. Menší decentralizované elektrárny, podobné solárním elektrárnám, by však mohli využívat i soukromí uživatelé k výrobě elektřiny a dokonce i k produkci vodíku pro vytápění. Vhodné větrné elektrárny menší konstrukce jsou však dosud spíše vzácné.

Malé větrné turbíny musí být obzvláště účinné a snadno instalovatelné, aby i přes menší rotory byly schopné generovat elektřinu i při nízkých rychlostech větru. Tým v německém Fraunhoferově institutu pro aplikovaný výzkum polymerů (IAP) už delší dobu pracuje na zajímavém řešení. „Naším cílem je co nejefektivněji využít sílu větru k výrobě elektrické energie,“ vysvětluje Marcello Ambrosio z IAP. Již v roce 2021 vyvinuli pro tento účel speciální rotory z kompozitních materiálů.

Inovativní lehká konstrukce a automatizovaná výroba

Vývoj pokračuje: „Optimalizovali jsme aerodynamický design rotorových lopatek a výrobní proces,“ uvádí Ambrosio. Lopatky rotoru jejich malé větrné elektrárny se skládají z dvouplášťového kompozitního materiálu zajišťujícího lehkou konstrukci. Zatímco doposud často používaná řešení využívají pěnové jádro, nově navržené rotory jsou uvnitř duté, což snižuje celkovou hmotnost až o 35 procent, jak vysvětluje tým.

Aby snížili výrobní náklady malých větrných elektráren, vědci výrazně automatizovali výrobní proces rotorů. K vytvoření tvaru rotorových lopatek používají průmyslovou 3D tiskárnu. Lopatky jsou poté automatizovaným zařízením vyztuženy vláknovými pásky a impregnovány pryskyřicí. Podle výzkumníků to zaručuje vysokou kvalitu, minimalizuje překrývání ve srovnání s ručním zpracováním a umožňuje zmenšení rozměrů komponentů.

Vysoký výkon i při slabém větru

Výsledkem jsou rotory, které jsou lehké a díky své speciální konstrukci dokážou optimálně využít i slabý vítr. První experimenty v aerodynamickém tunelu ukázaly, že rotor se začíná otáčet již při rychlosti větru 2,7 m/s, což odpovídá přibližně 10 km/h. Srovnatelné systémy vyžadují počáteční rychlost čtyři metry za sekundu, vysvětlují vědci.

Při testech dosáhla nová větrná turbína rychlosti až 450 otáček za minutu. S výkonem 2 500 wattů při rychlosti větru 10 m/s je podle Ambrosia a jeho týmu v průměru o 83 procent výkonnější než jiné systémy na trhu. Zařízení má účinnost 53 %. „Fyzikálně je možné dosáhnout maximálně 59 %,“ hodnotí Ambrosio naměřená data. Díky speciální laminátové konstrukci jsou však rotory dostatečně robustní, aby odolaly i silnému větru.

Lopatky rotoru se při bouři samy kontrolovaně ohýbají

„Jednotlivé vrstvy kompozitního materiálu jsme navrhli tak, aby se lopatky rotoru při silnějším větru nebo dokonce bouři pružně ohýbaly a otáčely se mimo vítr,“ vysvětluje Ambrosio. Tímto způsobem zařízení automaticky snižuje rychlost otáčení a je chráněno před přetížením. Není tak nutné používat složité řídicí mechanismy a nákladné mechanické systémy.

Pět zařízení v provozu

„Účinná malá větrná zařízení významně přispívají k nezávislému zásobování energií,“ říká Raúl Comesaña Macias ze skupiny BBF. Jako projektanti a stavaři se podílejí na pilotním projektu, v jehož rámci má být na různých místech v německé spolkové zemi Braniborsko postaveno pět prototypů malých větrných zařízení. Ty mají ukázat, jak umístění a výška zařízení ovlivňují jejich účinnost.

Tým plánuje jako následující krok další vylepšení rotorů. Kromě toho se bude zkoumat, zda lze lehké konstrukce vyrábět také z tzv. monomateriálu namísto kompozitních materiálů. Takové komponenty se snáze recyklují a přispívají ke zlepšení ekologické bilance lehkých konstrukcí.

Zdroj: Fraunhofer IAP, scinexx.de

Jeden rok s balkonovou fotovoltaikou: majitel domu dospěl ke střízlivému závěru