Il sole riscalda la Terra in modo non uniforme, creando zone di diverse temperature e pressione atmosferica in tutto il mondo. Da queste differenze di pressione sorgono movimenti aerei, chiamati vento. In tema di energie rinnovabili l'energia eolica è una fonte di energia che dipende esclusivamente dal vento, materia prima disponibile ovunque, totalmente gratuita e assolutamente ecologica. Questa energia rende possibile la produzione di energia elettrica attraverso le turbine eoliche, grazie proprio alla forza del vento. L'eolico verticale utilizza turbine ad asse verticale in grado di produrre energia in qualunque direzione del vento. Ne consegue che funziona senza sistema di orientamento perché la disposizione delle sue pale gli consente di adattarsi ai diversi venti.
Turbina eolica ad asse verticale: un modo originale di utilizzare l'energia eolica
Le turbine eoliche ad asse verticale sono pale verticali, progettate su un modello semplice, collegate ad una ruota, che è a sua volta montata su un asse. Con il vento, le pale ruotano attorno all'asse, il generatore, la testa della turbina eolica, produce elettricità che può essere utilizzata per l'autoconsumo. Non hanno bisogno di orientamento, in quanto offrono al vento la superficie utile in un arco di 360°. Sono perlopiù adatte alle aree urbane in quanto di dimensioni ridotte ed esteticamente curate ed ai regimi di vento cittadini, solitamente turbolenti, con vento di direzione e portata variabili.
Rappresentano, pertanto, una soluzione ideale per condomini, edifici di città con tetti piani o a falda o dotati di piccoli terrazzi, laddove non idonei alle installazioni di impianti fotovoltaici per dimensione e per esposizione. Infatti, questi generatori eolici non necessitano di una torre di sostegno per distanziare le pale dal suolo o dal tetto, il che ne rende facile il montaggio e impatto estetico minimo sull'edificio. Più in generale, l'eolico verticale è adatto per tutti gli utenti residenziali, agricoli e industriali di piccole-medie dimensioni ubicati in siti non caratterizzati da forti venti dominanti, bensì da venti più deboli soggetti a forte variabilità.
Come funziona una turbina eolica ad asse verticale
Le turbine eoliche ad asse verticale sono pale verticali, progettate su un modello semplice, collegate ad una ruota, che è a sua volta montata su un asse. Con il vento, le pale sono allenate e ruotano attorno all'asse. Il generatore, la testa della turbina eolica, produce elettricità che può essere utilizzata per l'autoconsumo.
Una turbina eolica verticale è silenziosa (funziona a meno di 35 dbA) e di buon impatto estetico, che ne facilita la sua implementazione nelle aree urbane. È persino possibile installare una turbina eolica verticale sul tetto di una casa o di edificio commerciale.
A differenza delle turbine eoliche orizzontali, la turbina eolica ad asse verticale è dotata di un rotore il cui asse di rotazione è generalmente perpendicolare al flusso del fluido, e quindi spesso verticale. Le proprietà di queste turbine eoliche, silenziosità, facilità di manutenzione, tolleranza ai venti variabili, le rendono particolarmente adatte per le turbine eoliche domestiche o le turbine eoliche per l'autoconsumo.
Così, una turbina eolica ad asse verticale può essere installata senza problemi sulle aree di vento ostacolate da eventuali rilievi o da pianificazione urbana: in agglomerati di case o in zone montuose la resa è sempre ottimale.
Tipi di turbine ad asse verticale
Le turbine eoliche ad asse verticale possono essere di due tipi: Savonius e Darrieus.
Turbina eolica ad asse verticale Savonius: le pale del rotore Savonius hanno la forma di due mezzi cilindri che si attivano con l'azione del vento. Le turbine eoliche verticali del tipo "Savonius" possono essere composte da più stadi, ciascuno dei quali è a sua volta composto da due semicilindri.
Generatore eolico ad asse verticale Darrieus: le turbine eoliche verticali Darrieus hanno una velocità di rotazione massima, grazie alla loro forma aerodinamica. A sua volta, questo tipo di turbina può essere di tre tipi:
- rotore Darrieus, con lame cilindriche attaccate nella parte superiore e inferiore dell'asse;
- rotore elicoidale, con pale paraboliche attaccate alla parte superiore e inferiore dell'asse;
- rotore Darrieus H, con tre lame parallele collegate alla parte superiore dell'asse.
I vantaggi dell'eolico verticale, l'ideale per un utilizzo urbano
Queste turbine eoliche catturano e riproducono energia anche con venti a bassa intensità, il che le rende particolarmente adatte per il pompaggio dell'acqua. In caso di venti forti, anche violenti, il rotore del generatore eolico ad asse verticale si autoregola. Questo è il motivo per cui sono stati utilizzati a lungo sulle barche e in altre situazioni difficili.
Le pale delle turbine eoliche verticali vengono messe in rotazione dal movimento dell'aria, l'energia così ottenuta è impiegata per azionare un generatore elettrico detto aerogeneratore. Se le condizioni del luogo sono favorevoli, questa tecnologia permette una resa energetica interessante molto adatta soprattutto per la realizzazione di impianti di potenza piccola e media.
I principali vantaggi dell'eolico verticale rispetto al più tradizionale eolico orizzontale sono i seguenti:
- funzionamento costante, a prescindere dalla direzione del vento;
- azionamento della turbina già a piccole velocità del vento;
- migliore resistenza alle alte velocità dei venti ed alla loro turbolenza;
- scarso ingombro e compattezza delle turbine;
- silenziosità.
Il principio essenziale di questi cosiddetti sistemi ad "asse verticale" è di convertire la potenza meccanica del flusso mediante un movimento di un solido, il rotore, che ruota su un asse generalmente ortogonale al vettore di velocità del flusso d'aria. Questa caratteristica rende il sistema isotropico indipendentemente dalla direzione del flusso del fluido nel piano perpendicolare all'asse di rotazione. L'evidente interesse per l'energia eolica è quello di posizionare l'asse di rotazione verticalmente, al fine di catturare l'energia eolica indipendentemente dalla sua direzione nel piano orizzontale, senza la necessità di orientare una navicella. La meccanica è semplificata perché il generatore è fisso rispetto al terreno.
Svantaggi del sistema verticale rispetto a quello orizzontale
Tuttavia, per completezza di informazione va detto che, ad oggi, la redditività di questo tipo di modello è inferiore rispetto al più convenzionale sistema orizzontale.
Sostanzialmente, gli svantaggi sono i seguenti:
- la maggior parte di questi aerogeneratori hanno un'efficienza nella conversione del vento in energia elettrica di circa il 50% inferiore;
- per il loro meccanismo non possono avvantaggiarsi dei venti più forti che spirano ad altezze dal suolo più elevate;
- alcuni tipi di turbine, come ad esempio le Darrieus, non si mettono in moto da sole, tuttavia questo non rappresenta un problema per gli impianti connessi in rete, poiché la corrente di rete è usata per fornire la "spinta" iniziale al rotore;
- la sostituzione di parti interne richiede lo smontaggio dell'intera turbina, problema compensato dalla maggiore resistenza di queste macchine ai venti molto forti;
- il prezzo a kW risulta più alto rispetto all'eolico orizzontale.
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