Darrieusova větrná turbína
Vztlaková vertikální všesměrová turbína. Vztlaková znamená, že se točí díky rozdílu tlaku mezi dvěma stranami hnacích lopatek. Vertikální značí uložení její rotační osy kolmo k povrchu, díky čemu je i všesměrová. Zachytává tedy energii větru z jakéhokoli směru bez nutnosti se nejprve natočit kolmo proti větru.
Jméno získala turbína po svém vynálezci Georgei Jean Marie Darrieusovi, francouzském inženýrovi aeronautiky (oboru zabývajícím se stavbou létajících strojů), který vyšel ze znalostí vlastnosti křídla letadla a aplikoval je na vztlakový pohon Darrieusovi turbíny.
Princip
Na lopatku profilu křídla (kapkovitého tvaru) působí vítr. Rozdíl v délce dráhy, kterou musí obtékávající vzduch absolvovat kolem vnitřní a vnější strany lopatky, způsobuje podtlak na vnitřní straně lopatky. Vzniká tak síla, na obrázku zelenou barvou, která nutí turbínu k rotaci.
Toto platí pro lopatku přivrácenou ke směru větru. Pro lopatku na odvrácené straně platí opak, tedy podtlak vzniká na vnější straně lopatky.
Čím rychleji Darrieusova turbína rotuje kolem své osy, tím větší vztlak vzniká, takže rychlost rotace má vliv na výkon turbíny. Tedy až do určité hodnoty, kdy účinnost začne klesat viz graf.
Pro vznik vztlaku na lopatkách je potřeba, aby turbína rotovala. Proto se také Darrieusova turbína sama těžce rozbíhá, než dosáhne rychlosti nutné k vytěžování energie větru.
Pro rychlé uvedení turbíny do pracovních otáček se často roztáčí externím zdrojem rotačního pohybu. To se v praxi řeší buď motorem, který uvede turbínu do rotace, nebo se používá kombinace odporové turbíny (vertikální všesměrové, nebo Savoniusovi turbíny) s Darrieusovou na společné ose.
Odporová turbína tak zajistí rotaci Darrieusovi při nižších rychlostech větru, přičemž celek zatím nevyrábí. Jakmile se zvýší rychlost větru, Darrieus je v rotaci a může okamžitě začít vytěžovat vítr.
Pro náběh turbíny do rotace se také používá naklánění lopatek. To samo o sobě dělá konstrukci ještě složitější.
Hodně specifickým nápadem je využití Magnus efektu jako na následujícím videu:
Darrieusova turbína se uplatňuje pro malé až středně velké výkonové instalace. (I když jsou i projekty velkých mořských a příbřežních instalací, které se musejí do rotace uvádět motorem.)
Konstrukce turbíny je náročná na přesnost, protože jakákoli nesymetrie a excentricita způsobí vibrace konstrukce. Ty vedou k rychlému opotřebování i strukturálnímu poškození jednotlivých dílů turbíny. Náchylnost k poškození je také častou příčinou upřednostnění jiných typů turbín.
Pro omezení negativních vlivů vibrací se pozornost upírá na řešení tvaru a rozmístění lopatek. Proto je také možné se setkat s mnoha někdy až roztodivnými tvary konstrukcí.
Dalším směrem zájmu výzkumu je počet lopatek.
A v neposlední řadě se pozornost upírá na profil lopatek s cílem zvýšit účinnost turbíny.
Plusy
Výkonově je lepší, než veškeré odporové turbíny.
Je všesměrová, takže neztrácí čas při změně směru větru.
Rizika a omezení
- Potřebuje podporu pro roztočení motorem, nebo pomocnou odporovou turbínou.
- Náchylná k vibracím, které mohou poškodit konstrukci a s tím související nižší životnost zařízení.
Závěrem:
Darrieusova turbína je vhodná pro domácí užití. Pro kutila však bude náročné vyrobit zcela funkční stroj, který bude po dlouhá léta bezporuchový. Mnoho zkušených stavitelů po první velké vánici sbírá trosky turbíny na sousedovic pozemku.
Zároveň je nutné připomenout, že Darrieusova turbína nepracuje při nízké rychlosti větru a konstruktér vlastně řeší dvě turbíny – odporovou a Darrieovu.
V podmínkách ČR při nestálosti větru a v často členitém terénu je obtížné najít ideální prostor pro stavbu této turbíny.