Rüzgar Türbini

Rüzgar türbini sistemde elektrik enerjisini üreten bileşendir. Modern rüzgar türbinlerinin bir çoğu rüzgarı cepheden alır (upwind) ve bu türbinlerdeki daimi mıknatıs alternatörler doğrudan rotora bağlıdır. Rüzgar türbinleri genellikle üç kanatlıdır. Bu tasarım türbin verimi ve rotor dengesi için en uygun yapıdır. 

Küçük rüzgar türbinleri kanatlarını yukarı ya da dışarıya doğru bükerek yada kanat açılarını değiştirerek aşırı rüzgar hızlarında kendilerini emniyete alırlar. Kuleden aşağıya kablolar vasıtasıyla aktarılan elektrik enerjisi üç fazlıdır ve düzensiz bir yapıdadır. Bu düzensizliği sebebi gerilim ve frekansın rüzgar türbininin dönüş hızına bağlı olarak dalgalanmasıdır. Bu kararsız AC elektrik enerjisi önce DC elektriğe dönüştürülür, bu şekilde ya aküleri şarj eder ya da tekrar kararlı AC’ye çevrilir. 

Kule

Kule türbini yakıtın yani en yüksek elektrik enerjisinin üretildiği, akıcı ve güçlü rüzgarın bulunduğu alana yükseltir. Bir rüzgar türbini etrafındaki en yüksek cisimden 9 m. daha yukarıya monte edilmelidir. 

Rüzgar türbini kuleleri üçe ayrılır

• Kafes kule
• Gergi kule
• Boru kule

Rüzgar türbin kuleleri sarsıntılara ve türbinin ağırlığına dayanacak şekilde inşa edilmelidir ve yıldırımdan zarar görmemesi için topraklamasının düzgün yapılması gerekir. 

Frenleme Mekanizması

Bütün rüzgar türbinlerinde, bakım ve tamirat için, acil durumlarda ve enerji ihtiyacı bulunmadığında türbinleri durdurmak için bir fren mekanizması bulunur. Bir çok türbinde “dinamik frenleme” sistemi bulunur. Bu sistemde fazların üçü de kısa devre edilir ve böylece türbinin durması sağlanır. Diğer bir sistem de “mekanik frenlemedir”. Kulenin tabanında bulunan küçük bir vinç tarafından harekete geçirilen mekanik ya da bir kampanalı fren tertibatı türbinin durmasını sağlar. Diğer bir sistem olan mekanik sarmada rotor rüzgarın hakim olduğu bölgenin dışına çıkartılır. Mekanik sistemler dinamik frenlemeden daha güvenilirdir. 

Şarj Regülatörü

Bir rüzgar elektrik sistemi şarj regülatörünün birincil fonksiyonu akülerin aşırı şarjdan korunmasıdır. Şarj regülatörü bu fonksiyonunu akü grubunu devamlı kontrol altında tutarak başarır. Aküler tamamen şarj olursa, regülatör türbinden gelen elektrik enerjisini sistemdeki “saptırma yüküne” (diversion load) gönderir. 

Rüzgar türbinlerinin çoğunda şarj regülatörü doğrultucuyla (AC’den DC’ye) aynı kutu içinde bulunur. Batarya ve regülatör arasında bir aşırı akım korumasının bulunması gerekir. Aküsüz şebekeye paralel rüzgar elektrik sistemlerinde inverter üretilen bütün enerjiyi şebekeye gönderdiği için bir regülatöre gerek duyulmaz. Ama yine de sistemde bir şebeke arızasına karşı denetim görevini yerine getirmek üzere inverterle türbin arasına bir kontrol ünitesi konulabilir. 

Ayırma Yükü

Solar elektrik sistemleri kolaylıkla kapatılabilir (açık devre). Bunun tersine rüzgar türbinlerinin bir çoğu yüksüz bir şekilde çalıştırılmaz. Yüksüz çalışmalarına izin verilirse, çok hızlı dönerler ve aşırı gürültü çıkartırlar. Ya bir akü grubun aya da bir yüke bağlanmalıdırlar. Bu yüzden şarj regülatörünün “ayırma regülatörü” olarak da çalışması gerekir. Bir ayırma regülatörü aşırı yükü akü grubundan alır ve bir ayırma yüküne gönderir. Ayırma yükü olarak genellikle bir elektrik rezistans ısıtıcısı tercih edilir. Ayırma yükünün sistemdeki rüzgar türbininin bütün üretim kapasitesiyle başa çıkabilecek büyüklükte seçilmesi gerekir. 

Batarya Grubu

Rüzgar hızı türbinin kalkış hızını aştığı müddetçe elektrik enerjisi üretilecektir. Eğer sisteminiz elektrik şebekesine bağlı olmadan çalışacaksa, rüzgar esmediği zaman aralıklarında kullanacağınız elektrik enerjisini depolayabilmeniz için birbirine bağlantılı akülerden oluşan bir batarya grubuna ihtiyacınız var demektir. Şebekeye bağlantısı olmayan sistemlerde batarya grubunun büyüklüğü, sistemi rüzgarsız 2 – 3 gün idare edebilecek şekilde ayarlanmalıdır. Şebekedeki elektrik kesintilerinde sistemin enerjisiz kalmasını önlemek için, elektrik şebekesine bağlı rüzgar enerji sistemlerinde de batarya grubundan faydalanılabilir. 

Rüzgar elektrik sistemlerinde derin deşarj döngülü (deep cycle) aküler kullanılmalıdır. Kurşun asit aküler en çok tercih edilen batarya tipidir. Islak kurşun asit aküler genellikle daha ucuzdur, fakat su kayıplarını gidermek için sık sık saf su takviyesine gereksinim duyulur. Mühürlü “emici cam elyaf” (AGM) aküler bakım gerektirmezler ve şebekeye bağlı sistemlerde yedek güç deposu olarak kullanılmak üzere tam şarjda bekletilirler. Şebekeye bağlantısı olmayan sistemler için en uygunu mühürlü jel akülerdir. 

Sistem Sayacı

Sistem sayacı anlık batarya gurubu şarj durumu, rüzgar türbini tarafından üretilmekte olan enerji miktarı, üretime ile ilgili geçmiş veriler ve ne kadar enerji harcandığı gibi parametrelerin değerini gösterir. Sayacı olamayan bir sistem göstergesi olmayan bir otomobil gibidir. Sistem sayaçsız da çalışabilir ama ne kadar yakıtınız kaldığını göremezsiniz.

Ana DC Kesici

Bataryalı sistemlerde bataryalar ve inverter arasında bir DC kesicinin bulunması gerekir. Bu kesici bildiğimiz klasik AC kesicilerden daha büyüktür ve metal bir muhafazası vardır. Bu kesici inverter ve batarya arasında yüksek akımlarda devreyi keser. Ayrıca bakım gibi sebeplerden dolayı inverter kapatılmadan önce kesici kapatılır.

İnverter (invertör – evirici)

Regülatörden gelen DC elektriği yük grubundaki elektriksel cihazların kullanabilmesi için AC elektriğe dönüştürür. Şebekeye bağlı çalışan (grid – tie) inverterler çıkışlarını şebeke elektriğine senkronize ederek sistemin rüzgar elektriğini şebekeye vermesini sağlarlar. 

Şebeke bağlantılı inverterler batarya grubuyla ya da bataryasız çalışmak üzere tasarlanmışlardır. Bir batarya grubuyla çalışan şebeke bağlantılı ya da şebekeden bağımsız inverterlere genelde bir akü şarj cihazı da eşlik eder. Akü şarj cihazının görevi, rüzgarın esmediği zaman aralıklarında aküleri şebeke elektriği ya da generatörden şarj etmektir. 

AC Dağıtım Paneli

Bir binadaki bütün elektrik hatlarının toplandığı ve bu hatlara enerjinin verildiği panele “AC dağıtım paneli” ya da “bina dağıtım paneli” denir. Bir duvara monte edilen kutu şeklindeki bu panel ya binanın girişinde yada depo veya garaj gibi kapalı bir alanda bulunur. Panelin içinde etiketlerinde akım kapasiteleri yazılı bulunan bir çok AC sigorta bulunur. Her bir sigorta binanın her hangi bir bölümüne giden hattın girişinde bulunur. 

Binadaki elektrik hatlarında olduğu gibi, inverterin çıkışına bir AC sigorta monte edilmelidir. Bu sigorta genelde binanın ana AC dağıtım panosuna yerleştirilir ve gerektiğinde inverterin devre dışı bırakılmasını sağlar, aynı zamanda koruma görevi de görür. 

Elektrik şebeke işletmeleri de genelde inverterle şebeke arasına kendi kullanımları için bir kesici takılmasını isterler. Bu kesici gelede şebeke sayacına yakın bir yere takılır.

Şebeke Sayacı

Şebekeye bağlı çalışan bir rüzgar enerji sistemi bulunan binaların tamamında hem şebekeye verilen hem de alınan elektrik enerjisini ölçmeye yarayan çift taraflı bir sayaç bulunması gerekir. Çift taraflı sayaç sistemin ürettiği ve şebekeden alınan elektrik enerjisini eş zamanlı olarak kaydeder.

 Yedek Generatör

Şebeke bağımsız sistemler rüzgarın esmediği durumlarda da sistemin enerjisiz kalmasını önleyecek bir şekilde ölçeklendirilirler ve tasarlanırlar. Fakat özellikle sakin yaz aylarında günlerce sürebilecek rüzgarsız koşullara göre ölçeklendirme yapmak çok büyük ve maliyetli rüzgar elektrik sistemlerine yol açabilir. 

Bu sorunun çözümü için iki yol vardır; ya bir rüzgar – fotovoltaik hibrid sistemi tasarlamak (bu durumda da bir generatöre ihtiyaç duyulabilir), ya da bir yedek generatörü sisteme monte etmek. Motorlu generatörler yakıt olarak biyodizel, gazolin, propan gazı, ya da dizel yakıtı kullanabilirler. Generatörlerin bir çoğu AC elektrik üretir ve akülerin şarj edilmesi için bir batarya şarj cihazına ihtiyaç duyulur. İçten yanmalı motorların tamamı gibi generatörler de gürültülü çalışırlar ve çevreyi kirletirler. Fakat iyi tasarlanmış bir yenilenebilir enerji sistemi yılda 50 – 200 saat bir generatörün çalışmasına ihtiyaç duyacak şekilde tasarlanır.