Postup výpočtu větrné elektrárny

1. Výpočet průměru a otáček VE

Nejprve si určíme pro jakou rychlost větru budeme VE navrhovat. Není vhodné volit tuto rychlost větší než je 2.5 nasobek průměrné rychlosti větru. Někdy se ale volí tato rychlost menší aby se dodržela dodávka elektrické energie co nejplynulejší.
S touto rychlostí přimo souvisí i jmenovité otáčky VE, takže pokud zvolíte jmenovitou rychlost příliš malou, tak při silnějším větru se vám zvýší otáčky na hřídeli generátoru nad úroveň kterou dokážete efektivně využít. Jelikož výkon VE roste s třetí mocninou rychlosti větru, je třeba vzít v úvahu skutečnost, že když zvolíte jmenovitou rychlost větší, které se moc často nedosahuje, tak i tak její energetický zisk bude značný.
Rychloběžnost volíme mezi hodnotou 4 a 7. Větší rychloběžnost je vhodná pro genrátory el. energie, které většinou vyžadují velké otáčky, takže nemusíme volit velký převodový poměr na převodovce. Větší rychloběžnost taky znamená menší poměrné zaplnění rotoru a tudíž menší hmotnost rotoru.
Menší rychloběžnost zlepšuje startovatelnost za slabého větru. Což je způsobeno menším úhlem mezi profilem a dopadem větru když rotor stojí, tudíž většího momentu otáčení při rozběhu. Také délka tětivy se zvětšuje při zmenšování rychloběžnosti a tudíž se zvětšuje plocha obtékaná vzduchem. Větší rychloběžnost taky vyžaduje přesnější dodržení profilu při výrobě.
Výpočet výkonu, otáček: Je třeba si uvědomit, že zvyšováním průměru roste výkon s druhou mocninou ale klesají otáčku (lineárně). Součinitel výkonu volíme podle grafu uvedeném v sekci základy teorie. Je ale nutno říct, že tato hodnota je dosažitelná jen u profesionálních velkých větrných elektráren. Takže v kutilských podmínkách bude c_p spíš někde mezi 0.2-0.35, dále je nutno vzít v úvahu také účinnost generátoru el. energi a také ztráty v převodovce.

2. Volba profilu

Profil volíme jeden z již zmiňovaných profilů. Bereme taky zřetel na pevnost a vaši schopnost daný profil vyrobit a dodržet tvar (volíme spíš jednodužší, třeba s rovnou spodní hranou).

3. Výpočet úhlu lopatky

Úhel natočení profilu je složen z úhlu dopadu vzduchu a úhlu ideálního náběhu. Úhel dopadu vzduchu vypočítáme složením rychlosti větru a rychlosti otáčení. Pro rychlost větru bereme hodnotu v₁=2/3*v, což je rychlost proudu vzduchu po odebrání energie rotorem. Úhel ideálního náběhu určíme z polárního grafu. List si rozdělíme na menší části, u paty rotoru hustěji. U každé části vypočítáme úhel γ (úhel mezi tětivou profilu a rovinou rotoru).

4. Výpočet délky tětivy

Po jednotlivé části pro které jsme počítali úhel mezi tětivou a rovinou rotoru, vypočítáme i délku tětivy.

---

Výpočet

Profil:	A18 BW-3 GOE 417A SD7032 SD7062 SG6040 SG6041 SG6042 SG6043 USNPS4 GOE134   α=3°,   cy=0.9
Průměr rotoru:	[m]
Počet lopatek:
Rychloběžnost:
Cp:

Poloměr [m] Úhel γ [°] Tětivy [cm] 0.05 66.4 130.7 0.1 50.1 111.7 0.15 38.6 92.8 0.2 30.7 77.5 0.25 25.1 65.7 0.3 21 56.7 0.35 17.9 49.7 0.4 15.4 44.2 0.45 13.5 39.7 0.5 11.9 36 0.55 10.6 32.9 0.6 9.5 30.3 0.65 8.6 28.1 0.7 7.8 26.1 0.75 7.1 24.4 0.8 6.5 23 0.85 5.9 21.6 0.9 5.4 20.5 0.95 5 19.4 1 4.6 18.5

Vítr [m/s] P [W] n [min-1] Tlak [N] 2 4 95 7 2.5 8 119 10 3 14 143 15 3.5 22 167 20 4 32 191 26 4.5 46 215 33 5 63 239 41 5.5 84 263 49 6 109 286 59 6.5 138 310 69 7 172 334 80 7.5 212 358 92 8 257 382 105 8.5 309 406 118 9 366 430 132 9.5 431 454 148 10 503 477 164 11 669 525 198 12 869 573 235 13 1104 621 276 14 1379 668 320

Délku tětivy blíže k ose si musíte upravit, jelikož zde vychází značně velká. Tato část se stejně na výkonu moc nepodílý, má vliv hlavně na rozběh rotoru. Dále budete muset u osy rotoru modifikovat profil tak aby měl větší pevnost a vydržel namáhání.
Tlak [N] je síla kterou vyvolává vítr na rotor. Tato hodnota se dá použít při konstruování zařízení pro regulaci VE za silného větru.