Eri tuulivoimalatyyppejä
Eri voimalatyyppejä
On olemassa rakenteensa puolesta erilaisia tuulivoimaloita. On pystyakselisia ja vaaka-akselisia, 1-, 2-, 3- lapaisia sekä monilapaisia tuulivoimaloita. Yleisimmin teollisessa tuulivoimatuotannossa käytetyt voimalat ovat vaaka-akselisia ja 3-lapaisia. Pienissä, esimerkiksi mökkikäyttöön suunnitelluissa voimaloissa on yleisimmin 2 tai 3 lapaa. Kiinteistöjen katoille esimerkiksi kaupunkiympäristöön ja telemastoihin on pystytetty myös pystyakselisia voimaloita.
Vaaka-akseliset voimalat
Suomeen rakennetut teollisen kokoluokan tuulivoimalat ovat vaaka-akselisia. Vaaka-akselisen tuulivoimalan pyyhkäisypinta-ala on lapojen kärkien piirtämän ympyrän pinta-ala. Napakorkeus taas on roottorin keskikohdan korkeus maan pinnasta. Vaaka-akseliset voimalat on suunniteltu määrätylle tuulen nopeusalueelle, jolla ne toimivat parhaiten. Vaaka-akselisten voimaloiden etuna on roottorin suurempi pyyhkäisypinta-ala, jolloin tuulesta saadaan enemmän energiaa talteen. Pystyakseliseen voimalaan verrattuna vaaka-akselinen voimala toimii myös paremmalla tehokertoimella keskinopeilla tuulilla.
Vaaka-akselisen voimalan roottori on käännettävä kohti tuulta, jotta voimala toimisi. Tuuleen suuntaus tapahtuu joko moottorikäyttöisesti, tai pienissä kilowattiluokan tuulivoimaloissa käyttämällä pyrstöä tai poikittaista kääntöpotkuria, joka toimii tuulen tullessa sivusta. Perinteisesti vaaka-akselisia tuulivoimaloita on ollut kahta päätyyppiä: etutuuli- ja takatuulivoimaloita.
Etutuuliversiossa akseli on lähes vaakatasossa ja roottori on tornista katsottuna tuulen puolella. Tämä on nykyään yleisin käytetty voimalatyyppi. Takatuuliversiossa akseli on lähes vaakatasossa ja roottori on tornista katsottuna tuulen alapuolella. Tämä voimalatyyppi oli ennen varsin yleinen, koska roottoria kääntävä suuntauskoneisto tai peräsin voitiin jättää pois, kun lavat toimivat tuuliviirin tavoin ja ohjasivat voimalan oikeaan suuntaan. Takatuulivoimala menetti kuitenkin vähitellen suosionsa, koska tornin taakse syntyvät pyörteet aiheuttivat ongelmia osuessaan roottoriin. Takatuulivoimalan ongelmia olivat melu ja tärinä.
Vaaka-akselisia voimalatyyppejä
Eri valmistajat ovat päätyneet erilaisiin ratkaisuihin vaaka-akselisten voimaloidensa rakenteessa ja toiminnassa. Lapojen määräksi on vakiintunut kolme. Nykyään yleisesti teollisessa tuulivoimatuotannossa käytettyjen voimaloiden nimellisteho on pääasiassa 4 – 5 MW, roottorin halkaisija vaihtelee välillä 130 – 160 m ja tornin korkeus 140 – 175 metrin välillä. Merituulivoimalat ovat samantyyppisiä, mutta niissä on tyypillisesti matalammat tornit, pidemmät lavat ja suuremmat tehot, jopa yli 10 MW. Merituulivoimaloiden perustus voidaan tehdä eri tekniikoin, mutta kaikki merituulivoimaloiden perustukset eroavat suuresti maatuulivoimaloiden perustuksista.
Kolme lapaa
Kolmilapainen roottori on pyörähdyssymmetrisesti tasapainossa ja massahitausvoimat ovat tasapainossa kaikkien akseleiden suhteen. Tämän lisäksi voimala on visuaalisesti miellyttävän näköinen. Mikäli voimalassa on vähemmän kuin kolme lapaa, aiheutuu tuuleen käännettäessä koneistoa rasittavaa tärinää, joka johtuu massahitausvoimien eroista vaaka- ja pystyakselin suhteen. Enemmän kuin kolme lapaa maksaa enemmän kuin kolme, mutta ei kuitenkaan tuota merkittävästi enempää energiaa.
Pystyakseliset voimalat
Pystyakselisen tuulivoimalan roottorin (esim. Windside, Savonius, Darrieus.) pyyhkäisypinta-ala on pyörivän roottorin suurin tuulta vastaan oleva kohtisuora pinta-ala. Napakorkeus on roottorin pyyhkäisypinta-alan keskipisteen korkeus maanpinnasta. Pystyakselinen voimala toimii samalla tavalla tuulen suunnasta riippumatta, eikä se siis tarvitse erillistä tuuleen suuntausta.