各種風車效率的比較-水平軸/垂直軸

本文介紹各種風車的效率比較,包括常見的垂直軸風車(薩窩紐風車 與 達里厄風車),以及典型的三葉片水平軸風車。其中除 薩窩紐風車屬於阻力型風車,而 達里厄風車與三葉片水平軸風車皆為升力型,各種風車的效率比較圖以及相關影片如下所示,如欲瞭解何謂 薩窩紐風車, 達里厄風車,可參考 => 垂直軸風車(1)-基本原理與分類

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在風車效率比較圖中,縱坐標為風車效率,橫坐標為“葉尖速比”,就是葉片尖端速度與風速的比值,當數值為1 表示葉片速度與風速一樣快,數值為2 表示葉片速度為風速的2倍,以此類推。風車效率的理論最大值被稱為 貝茲極限(Betz Limit),數值約為 0.59。

典型的 薩窩紐阻力型風車的最大效率只有 0.15,發生在葉尖速比 0.9 處,由於在 0 速附近,效率增加極快,表示低速時 具有大扭力,因此能夠自行啟動。但由於轉速慢,通常無法超越風速,較不適合用來發電,因為發電機需要足夠的轉速才能感應出電能。

典型的 達里厄升力型風車的最大效率約為 0.4,發生在葉尖速比 4 倍左右,效率高於阻力型風車很多,但在葉尖速比 0~2 時,其效率幾乎為 0 ,表示此範圍內沒有扭力輸出 [註 1],因此達里厄風車很難自行啟動。但是當葉尖速比大過一定值後,達里厄風車的效率便急速增加。由於其葉尖速比較高,適合用來發電。

典型的 三葉片水平軸風車的最大效率約為 0.45,發生在葉尖速比 8 倍附近,可知水平軸風車的效率很高(已成為目前發電的主流),但較高的葉尖速比也導致噪音較為嚴重。

雖然垂直軸風車效率較水平軸為低,但理論上並未差太多,且垂直軸風車可以接受任何方向的風,因此不需要對風機構,且發電機可以安裝在主軸下方,重心較低 也使得結構簡單,因此垂直軸風車仍具有發展的潛力。

參考:風能與風車風車效率的計算風車的原理與分類


 [註 1] 風車效率等於風車功率除以風能總功率,可參考=》風車效率的計算,而風車功率等於轉速乘以扭力,當風車在葉尖速比0~2範圍的效率低下,表示雖然具有轉速,但扭力輸出很小。


 


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