Pientuulivoimala

Pientuulivoimalat ovat teholtaan vähäisempiä kuin teolliseen tuotantoon käytetyt turbiinit. Pientuulivoimaloita käytetään muun muassa maataloudessa, laitoksissa, pienissä- ja keskisuurissa kiinteistöissä, kotitalouksissa, vapaa-ajan asunnoissa ja purjeveneissä. Pientuulivoimaa voidaan käyttää kohteissa, jotka eivät ole sähköverkon piirissä, mutta yhä useammin niitä asennetaan sähkönjakelun piirissä oleviin taloihin ja kiinteistöihin. Näissä kohteissa pientuulivoimala lisää omavaraisuutta ja pienentää sähkölaskua.

Tuuliselle paikalle sijoitettu pientuulivoimala on energiataloudellisesti ja ympäristön suhteen hyvä vaihtoehto hajautettuun energiantuotantoon.

Mihin pientuulivoimaa yleensä käytetään Suomessa? – Akkujen lataus ja niistä sähkön käyttö 12 V, 24 V, 48 V tai 230 V -järjestelmissä. – Suora sähköntuotanto omakotitalon tai kiinteistön sähköverkkoon, jolloin voimalan sähkö muutetaan tavalliseksi verkkosähköksi ja voimala kytketään sulaketauluun. Yli- ja alijäämä otetaan normaalisti sähköverkosta. – Lämmitysenergian tuottaminen rakennuksen lämmitysjärjestelmän vesi- tai massavaraajaan. – Lämmitysenergian tuottaminen lämpimän käyttöveden varaajaan.

Pientuulivoimalat ovat teholtaan yleensä enintään 20 kW:n tehoisia. Vähätehoisimpien pienvoimaloiden tehoalue alkaa siitä, mihin aurinkopaneleiden tehot päättyvät, noin 0,1 kW:sta ja 0,2 kW:stä. Alle 10 kW tuulivoimaloita kutsutaan myös mikroturbiineiksi.

Suomen vähätehoisin valtakunnanverkkoon kytketty tuulivoimala oli 1991 Imatran voiman (nykyisin Fortum Power and Heat). Se teho oli 50 kW. Nykyisin kaupalliseen käyttöön valtakunnanverkkoon kytkettävien voimaloiden teho on 1 000 kW – 3 000 kW.

Myllyt ja turbiinit

Tuulimylly

Yleisin tuulivoimala perustuu historialliseen tuulimyllyyn, missä roottorin muodostavat akselia pyörittävät potkurinlavat. Lapoja on yleensä kolme. Roottorin akselin päässä on sähkögeneraattori, joka muuttaa pyörivän liike-energian vaihtovirtasähköksi.

Tuuliturbiini

Toinen tapa muuttaa mekaaninen energia sähköksi on käyttää tuuliturbiinia, missä spiraalin muotoon taivutetut ja pystyasentoon asetetut levyt pyörivät tuulen vaikutuksesta akseleidensa ympäri. Savonius-roottori on yksi tuuliturbiinien perussovellutuksista.

Nykyään tuuliturbiineja käytetään mm. laitevoimaloissa, joissa sähkö ei ole paikallisesti yleiseen käyttöön koti- tai maatalouteen, vaan sitä käytetään jonkin tietyn laitteen kanssa, esimerkiksi matkapuhelinmastoon kiinnitettynä tukiaseman virtalähteenä. Telia-Sonera käyttää tällaista laitetta Ylä-Lapissa.

Sähkönsiirto

Tasasuuntaus

Koska sähkögeneraattorit muodostavat vaihtovirtaa, mutta monet pienjännitelaitteet käyttävät tasavirtaa, ei pienjännitevaihtovirtaa voida kytkeä suoraan tasavirtaa käyttäviin pienjännitelaitteisiin eikä tasavirta-akkuihin, vaan ennen akkuun varastoimista tai virran käyttämistä tasavirtasähkönä, pitää sähkö tasasuunnata.

12 voltin tai muun tyypillisen akkujännitteen (esimerkiksi 24 V) saa kuitenkin palautettua 220 V/50 Hz verkkovirraksi invertterillä (vaihtosuuntaaja), mikäli käytössä on sellainen laite, jossa ei ole invertteriä itsessään matkatelevision tapaan.

Lataussäätö

Koska sähköntuotto vaihtelee suuresti tuulennopeuden mukana, tarvitaan akun ylilatauksen tai syväpurkaantumisen estämiseksi käyttää lataussäädintä. Lataussäädin hankitaan useissa tapauksissa erikseen paikallisakun tapaan.

Sähkön varastointi

Pientuulivoimaloita käytetään omavaraiseen sähköntuotantoon jakeluverkon ulkopuolella tai omavaraisuuden lisäämiseksi jakeluverkon rinnalla. Sähkö varastoidaan vaihtelevan tuulen vuoksi akkuihin myöhemmin käytettäviksi. Lyijykennoiset paikallisakut ovat edullisuutensa vuoksi yleisiä. Suurempien varausten varastointiin käytetään sähkökäyttöisiin trukkeihin tarkoitettuja akkuja.

Autojen käynnistysakut eivät sovellu pientuulivoimalakäyttöön, koska niiden lyijykennot eivät kestä jatkuvaa miltei tyhjäksi purkamista ja täyteen lataamista. Käynnistysakkua ei ole suunniteltu jatkuvaksi virtalähteeksi, vaan ainoastaan suuren käynnistysvirran antajaksi starttimoottorille. Autossa käynnistymisen jälkeen suuren osan auton sähköjärjestelmän tarvitsemasta virrasta tuottaa laturi, joka lataa ajon aikana myös käynnistysakkua, minkä vuoksi auton käynnistysakku ei tyhjene jatkuvasti niin paljoa kuin mihin paikallisakku tai trukin akku on tarkoitettu.

Yksi 150 – 300 Ah paikallisakku vastaa varaamiskyvyltään kolmea tai seitsemää sähköisesti rinnakkain kytkettyä auton 40 – 60 Ah käynnistysakkua. Lukuisten Lyijykennojensa vuoksi suurivarauksisien paikallisakkujen massa on kymmeniä kiloja. Siksi 300 Ah akun tarve saatetaan korvata hankkimalla kaksi kevyempää 150 Ah paikallisakkua ja kytkemällä ne sähköisesti rinnan.

Käyttötarkoituksia

Vähätehoisimmissa käyttökohtaissa tuulivoima kilpailee menestyksellisesti tai täydentää aurinkovoimaa, aurinkopaneleita, koska tuulimylly on investointina halvempi kuin samantehoinen aurinkopaneli. Aurinkopanelin paras käyttöaika Suomessa on kesällä runsaan valon vuoksi, kun taas tuulimylly tuottaa eniten loppukesästä loppukevääseen. Vapaa-ajan käytössä tuulimylly voi täydentää aurinkopanelia syystuulten aikana.

Vähäisimmillään pientuulivoimaa käytetään vapaa-ajan asuntojen valosähköön ja viihde-elektroniikkalaitteisiin.

Tuulimylly alkaa tuottaa sähköä, kun tuulennopeus on noin 3 m/s. Rikkoontumisvaaran vuoksi tuulimyllyt kytketään pois päältä voimakkaan tuulen (yli 25 m/s) aikana.

Katso myös

• Suomen tuulivoimalat
• Tuulivoima
• Eagle Windpower, suomalainen tuulivoimalavalmistaja
• Tuulivoimala.com, suomalainen tuulivoimalavalmistaja ja maahantuoja
• Windside, suomalainen pientuulivoimaloiden valmistaja

Aiheesta muualla

• Tuulivoimala.com tuulivoimakäsikirja
• Small Wind Systems, UK Market Report 2008

Valmistajia ja maahantuojia

• http://www.eagle.fi
• Tuulivoimala.com Finland OY
• Finnwind
• REPS
• Suomen Tuulienergia - FWT Oy
• tuulienergia.fi Tuulivoimaloita sekä tietoa tuulivoimasta (esimerkiksi video)
• JN-Solar