Az emberek évezredek óta használják a szélenergiát, de a nem fosszilis üzemanyag-alapú energiatermelés megújult érdeklődése a szélturbinák terjedésének gyors növekedéséhez vezetett. A szél energiájának kinyerése fogalmilag egyszerű: a szél olyan ventilátorlapátokon mozog, amelyek elfordítják az elektromos generátort forgató tengelyt. A szélturbina teljesítmény-kapacitása könnyen kiszámítható, és igen, ez a turbina méretétől függ.
Energia a szélben
A szél mozgásban lévő levegőből áll, és gáznemű molekulákból áll. Bármelyik levegőmolekula kinetikus energiája megegyezik tömegének felével és sebességének négyzetével. Ha szél fúj, akkor az adott területen áthaladó levegő tömege megegyezik a szélsebesség és a levegő sűrűsége szorzatának területével. E két darabot összerakva az adott területen átfúvó szél energiája megegyezik a tér sűrűségének felével, a terület és a kockák sebességének szorzatával. A szél teljesítményének watt / négyzetméterenként történő kiszámításának gyors módja az, hogy a szélsebesség kockáját méterben / másodpercben megszorozzuk 0,625-gyel. Ha a szél sebessége mérföld / óra, akkor a kockát megszorozzuk 0,056-tal. Ez azt jelenti, hogy a 12 méter / másodperc (alig több mint 5 mérföld / óra) szél négyzetenként közel 1100 wattot hordoz méter, míg egy 4 méter / másodperc (kevesebb, mint 2 mérföld per óra) szellő négyzetenként csak 40 wattot hordoz méter. A háromszor nagyobb szélsebesség 27-szer több energiát hordoz.
Söpört terület
A szélturbina söpört területe a lapátok forgása által lefedett teljes terület. Az ismerős vízszintes tengelyű szélturbinák két vagy több lapáttal, amelyek körben forognak, a söpört terület megegyezik az egyetlen lapát hosszának pi szorzatával. Egy 40 méteres (131 láb) pengehosszúságú gépen a söpört terület több mint 5000 négyzetméter (csaknem 54 000 négyzetméter) - csaknem egynegyed hektár. Az ezen a területen áthaladó teljesítmény kiszámítható 5000 négyzetméter szorzatával a szélsebesség 0,625-szeresével másodpercenként 12 méteres szélre kockáztatva, ami azt mutatja, hogy az ezen a területen átfúvó szél több mint 5 megawatt erő. Ugyanaz a szél, amely egy 28 méteres (92 láb) pengéjű turbinán túl fúj, mintegy 2500 négyzetméter (27 000 négyzetméter) söpört területtel rendelkezik, és körülbelül 2,5 megawatt teljesítményt hordoz magában.
Hatékonyság
Az, hogy a szél egy bizonyos mennyiségű energiát szállít egy szélturbina söpört területén, még nem jelenti azt, hogy a szélturbina ennyi energiát termel. Valójában a lehető legjobb turbina sem képes kinyerni ezt az energiát. Ha ez megtörténne, akkor a lapátok mögött közvetlenül a levegő mozdulatlan lenne, ami azt jelenti, hogy az elöl lévő szélnek nincs hova mennie. A szélturbina által betakarítható maximális energiamennyiség kevesebb, mint a teljes mennyiség 60 százaléka. A való világban más hatékonysághiányok kúsznak be - például a súrlódás, a zaj és a zaj miatt elveszett energia vezetékek ellenállása - a teljes teljesítmény kitermelésének a teljes 30–40% -ra történő csökkentése szélenergia.
Kapacitás tényező
Minden szélturbina teljesítményértékkel rendelkezik. Ez a maximális teljesítmény, amelyet a turbina a névleges szélsebesség mellett működik minden pillanatban. Sajnos minden turbinának más a névleges szélsebessége, így kissé nehezebb összehasonlítani őket. Ezenkívül minden turbinának be- és kikapcsolási sebessége van. Ezek azok az alacsony vagy nagy szélsebességek, amelyeken túl a turbina nem termel áramot. A turbina hatékonyságát e két véglet között teljesítménygörbében mérik. A szélturbina által az adott évben várhatóan előállítandó energia mennyisége a teljesítménygörbétől és a szélsebesség profiljától függ. A tényleges megtermelt energiát elosztva azzal az energiával, amelyet a turbina képes előállítani, ha mindig teljes munkaidőben járna, kapacitási tényezőnek nevezzük. Bár egy nagyobb szélturbina általában képes több szélenergiát megfogni, előfordulhat, hogy egy adott helyen nincs a legnagyobb kapacitási tényező.