风能与风车效率的计算方式（含视频）

风车的作用是从风裡撷取能量，风为流动的空气，具有速度，也就具有动能。当风流经风车叶片，一部分的动能传递给风车使之转动，风车获得了能量，风则减少能量，因此流过风车后的风速会减慢。本文说明风能与风车功率及效率的计算方法，并提供视频，使之更浅显易懂。

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风车旋转一週，叶片扫过的面积称为扫掠面积（记为A），当时风速为 V，空气密度为 $\rho$ 。则T秒钟流过的动能 E 就是：

总风能： $\begin{aligned} E&=\frac{1}{2}mV^2 \\ &=\frac{1}{2}\rho AVT \cdot V^2\\ &=\frac{1}{2}\rho AV^3 \cdot T \end{aligned}$

但我们关心的是功率，所以将时间 T 除去，得到风能功率 P：

风能功率： $P=\frac{E}{T} =\frac{1}{2}\rho AV^3 ............(1)$

风车的作用是将风能转变为风车主轴旋转的机械能，其功率 P’ 可由主轴的转速乘以扭力来表示：

风车功率： $P' =$ 转速(rad/sec) × 扭力(N-m) ……………..(2)

而风车的效率Cp，就是将总风能，转变为风车主轴机械能的比例，效率愈高得到的机械能就愈多，定义如下：

风车效率： $C_p = \frac{P'}{P} ............(3)$

若已知风车效率，可将公式（3）整理并将公式（1）带入，得到风车功率 P’：

风车功率： $P' = Cp \times \frac{1}{2}\rho AV^3 ............(4)$

所以，风车功率与效率 Cp，扫掠面积 A 以及风速 V 的3次方成正比，因此为了获得更多的能量，除了提高效率以外，风车也愈造愈大，以增加扫掠面积，且往风速更强的地方设置，例如更高的高度或朝向离岸發展。