Hogyan működik egy házi szélerőmű? Megéri-e?

A házi szélerőmű a háztartási napelem megfelelője, csak ez mozgási energiát alakít át árammá. Egyaránt lehet kiegészítője vagy helyettesítője a fotovoltaikus áramtermelésnek, a lokációtól függően.

A házi szélerőművek mégsem nagyon terjedtek el hazánkban, pedig egészen változatos típusok is rendelkezésre állnak. Ideje tehát felhúzni a vitorlákat és alaposan utánajárni, mi is az a házi szélerőmű, és kinek érdemes próbát tennie vele.

Mi az a házi szélerőmű?

A házi szélerőmű tehát egy olyan háztartási méretű áramtermelő eszköz, amely egy megújuló erőforrást, a szélenergiát alakítja háztartási felhasználásra alkalmas villamos energiává.

A más néven kis szélturbina vagy házi szélturbina néven is ismert eszköz a nagy szélerőművekben használt szélturbinák kicsinyített változata. Egy tipikus házi szélerőmű teljesítménye 0,5 kW és 10 kW között van, míg egy nagy szélturbina teljesítménye akár 10 MW is lehet.

Életképes lehetőség lehet azon háztulajdonosok számára, akik csökkenteni szeretnék a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőségüket, pénzt akarnak megtakarítani a villanyszámlán, és hozzá kívánnak járulni a környezeti fenntarthatósághoz.

A háztartási szélturbinák típusai

A háztartási szélturbinákat megkülönböztethetjük a forgástengely fő iránya és a telepítési hely szerint is.

A vízszintes tengelyű szélturbinákat angol rövidítéssel HAWT-nak, a függőleges tengelyű szélturbinákat pedig VAWT-nak is nevezzük. A HAWT-k lapátjai a talajfelszínnel párhuzamos vízszintes tengely körül forognak.

A VAWT-k lapátjai a talajfelszínre merőleges függőleges tengely körül forognak. A HAWT-k elterjedtebbek és hatékonyabbak, mint a VAWT-k, de több helyet, magasságot és tájolást igényelnek, mint a VAWT-k.

A tetőre szerelt és az oszlopra szerelt turbináknál inkább a kapacitás terén találunk lényeges eltérést

A tetőre szerelt szélturbinák kisebbek és olcsóbbak, mint az oszlopra szereltek, de kisebb a teljesítményük és a hatásfokuk is. Általában épületek vagy építmények tetejére telepítik őket, ahol kihasználhatják a nagyobb magasságban uralkodó nagyobb szélsebességet.

Ugyanakkor zaj- és rezgésproblémákat is okozhatnak az épületben tartózkodók számára, és nem biztos, hogy alkalmasak olyan területeken, ahol erős szél vagy turbulens légáramlatok uralkodnak.

Az oszlopra szerelt szélturbinák nagyobbak és drágábbak, mint a tetőre szereltek, de nagyobb a teljesítményük és a hatásfokuk is. Általában szabadon álló oszlopokra vagy tornyokra telepítik őket, ahol elkerülhetik az épületek vagy a terep által okozott turbulenciákat.

Emellett úgy is beállíthatók, hogy az optimális szélirányba és szögbe legyenek állítva. Telepítésükhöz azonban több helyre és engedélyre lehet szükség, és már a terület látképét is megváltoztatják. Magyarországon jellemzően ilyen építésére egyelőre kevés a lehetőség, így aki házi szélerőművet akar, kénytelen a kisebb teljesítményű eszközök közül választani.

Ki, hova, hogyan és mekkora szélerőművet építhet?

A legfontosabb alapelv, hogy a hatályos törvény által meghatározott „háztartási méretű kiserőműnek számító szélerőmű” esetében a legkisebb teljesítményűek háztetőre is szerelhetők, de a nagyobbaknál 150 méteres védőtávot kell betartani minden tereptárgytól és lakóingatlantól számítva, mert veszélyes üzemnek minősül.

Itt jegyezzük meg: háztartási méretű kiserőműnek a 0,5 MW alatti megújuló energiaforrást hasznosító erőművek számítanak. Minden, ami e feletti teljesítménnyel bír, az már komoly bürokratikus utánajárást igényel és jelentős pénzösszeget.

Azonban még a házi szélerőműveknél is szükség lehet építési engedélyre, ugyanis csak a helyi építési szabályzat rendeltetést meghatározó előírásaira való tekintettel lehet telepíteni akár egyet is a házunkra, telkünkre!

Hogyan működik a házi szélerőmű?

Az alapokat tekintve az otthoni szélturbina is pontosan úgy működik, mintha a nagy szélerőműveket ötvözték volna a házi napelemekkel: a szél mozgási energiáját használja fel a rotor megforgatására, amely így egy villamos energiát termelő generátort hajt meg.

Az így keletkező elektromos energia ezután az otthoni készülékek és eszközök működtetésére használható, vagy akkumulátorokban tárolható későbbi felhasználásra, pont úgy, mint a házi napelemeknél.

A villamos energia egyaránt betáplálható a hálózatba, és eladható a közműszolgáltatónak, vagy felhasználható a hálózatból származó villamosenergia-fogyasztás ellensúlyozására, vagy akár sziget üzemben tisztán helyi felhasználásra fordítható.

Mi az a vertikális szélerőmű?

A hagyományos vízszintes szélturbinákkal ellentétben, amelyeknek a szélirányba kell nézniük, és nagy energiájú szélfúvást igényelnek az optimális működéshez, a vertikális szélerőművek bármilyen irányból képesek a szelet befogni, és kompakt elrendezésük miatt akár már családi ház tetején is elhelyezhetők.

A függőleges szélturbina működési elve a következő: amikor a szél fúj, megtolja a turbina lapátjait, és a függőleges tengely körül kezdi forgatni őket. Ez a forgó mozgás egy generátort hajt meg, amely a szél mozgási energiáját elektromos energiává alakítja, amelyet a szokásos módokon hasznosíthatunk.

A vertikális szélerőműveknek két fő típusa ismert:

1. a Savonius és
2. a Darrieus.

A Savonius-turbinák hajlított lapátokkal rendelkeznek, amelyek úgy néznek ki, mint a kettévágott hordók. Egyszerű és olcsó megépíteni őket, de alacsony a hatásfokuk és nagy a légellenállásuk.

A Darrieus-turbinák egyenes lapátokkal rendelkeznek, amelyek úgy néznek ki, mint a tojáshabverők. Hatékonyabbak és gyorsabbak, mint a Savonius-turbinák, de magasabbak a költségeik.

A vertikális szélerőművek legfőbb előnyei:

1. Alacsony és viharos szélben is képesek működni, ami alkalmassá teszi őket városi és lakóövezetekben való használatra.
2. A vízszintes szélturbináknál kisebb alapterületűek és alacsonyabbak, ami csökkenti a vizuális hatást és a zajszennyezést.
3. Biztonságosabbak a madarak és az emberek számára, mivel nincsenek szabadon forgó részeik.
4. Könnyebb telepíteni és karbantartani őket, mivel nincs szükségük forgásirányító mechanizmusra vagy több emelet magas toronyra.

A függőleges szélturbináknak ismert néhány olyan tulajdonsága is, amelyek miatt korlátozott a használhatóságuk. Hiába a sok szép elképzelés, ha a fizika másként „gondolja”. A vízszintes szélturbinákhoz képest alacsonyabb a hatásfokuk és a teljesítményük, emellett korlátozott a méretezhetőségük is.

Mielőtt úgy döntesz, hogy otthonra egy vertikális szélerőművet telepítesz, mindenképpen a helyi időjárási viszonyokból és a saját energiaigényeidből indulj ki! Célszerű némi kutatást végezni, és összehasonlítani a piacon kapható különböző modelleket és lehetőségeket.

Az, hogy megéri-e a vertikális szélerőművet használni, számos tényezőtől függ, például a szélsebességtől és a széliránytól, a rendelkezésre álló helytől és költségvetéstől, a környezeti hatásoktól és előírásoktól, valamint a felhasználó személyes preferenciáitól.

Szintén fontos kérdés, hogy mi az elsődleges célod egy vertikális szélerőművel: pénzt akarsz vele keresni úgy, hogy csökkented a villanyszámlát és be is táplálsz áramot esetleg a hálózatba (ekkor a mekh oldalán nézz körül első lépésként), vagy különálló eszközöket látnál el árammal (pl. kerti világítás, búvárszivattyú), vagy akkumulátorokat töltenél?

A szigetüzem ugyanis pont erről szól.

Mit jelent a szigetüzemű házi szélerőmű?

A házi szélerőmű alapvetően kétféle csatlakoztatással kerülhet kiépítésre:

1. hálózatra kötött, vagy
2. szigetüzemű.

A hálózatra kötött szélerőmű a közműhálózathoz csatlakozik, és a felesleges villamos energiát betáplálja a hálózatba, amikor a szélturbina a szükségesnél több energiát termel.

A hálózatra kapcsolt szélturbinához, függetlenül attól, hogy a saját háztartásunk energiaszükségletét is csökkenti-e, mindenképpen szükség van egy speciális eszközre, az úgynevezett inverterre, amely a szélturbinából származó egyenáramot (DC) a hálózat frekvenciájának és feszültségének megfelelő váltakozó áramra (AC) alakítja át.

A hálózatra kapcsolt szélturbinához mérőműszer is szükséges, amely méri a hálózatba betáplált villamos energia mennyiségét – elvégre valahogy el kell számolni a szolgáltatóval. Apropó, elszámolás: ha nem sziget üzemű szélerőművet telepítenél, mindenképpen kelleni fog egy megállapodás a szolgáltatóddal, nehogy extra díjakat számoljon fel neked.

A napelemek esetében ugyanis tudjuk, hogy meglehetősen kritikus a helyzet idehaza, például az erkély-napelemeket kifejezetten tiltják az áramszolgáltatók, a betápláló napelemek telepítése körül is hatalmas a bizonytalanság.

A szigetüzemű házi szélerőmű (akár a napelem) ezzel szemben nem okoz semmiféle problémát: nem csatlakozik a közműhálózathoz, és csak az általa termelt villamos energiát tudja felhasználni. A szigetüzemű házi szélerőműhöz akkumulátorrendszerre van szükség, amely a szélturbina által termelt felesleges villamos energiát tárolja későbbi felhasználásra, amikor nincs, vagy kevés a szél.

A szigetüzemű házi szélerőműhöz egy töltésszabályozó is szükséges, amely szabályozza a villamos energia áramlását a szélturbina, az akkumulátorrendszer és a terhelés (a villamos energiát használó készülékek és eszközök) között. A hálózaton kívüli szélturbinához inverterre is szükség lehet, ha a terhelés egyenáram helyett váltóáramot igényel.

Mekkora a teljesítménye a házi szélerőműveknek?

Az otthoni használatra szánt házi szélerőművek tényleges kapacitása azt a villamos energia mennyiséget jelenti, amelyet optimális szélviszonyok mellett képes előállítani.

A szélturbina kapacitását kilowattban (kW) vagy megawattban (MW) mérik, és számos tényezőtől függ, például a turbina méretétől, kialakításától és hatékonyságától, valamint a szélsebességtől és -iránytól.

Mennyi áramot termelnek a házi szélerőművek?

Az otthoni szélturbináknak a típustól és modelltől függ, mekkora szélsebességre van szükségük, hogy működni kezdjenek. Általánosságban elmondható, hogy a következő szélsebességhatárokkal érdemes számolni:

• Amikor a szélsebesség eléri a 3-4 m/s tempót, akkortól beszélhetünk bekapcsolási sebességről. Ez az a pont, amikor a rotor elkezd forogni és a szélerőmű áramot termel.
• Amikor a szélsebesség nő, a rotor gyorsabban forog és több villamos energiát termel, egy bizonyos határértékig (az úgynevezett névleges sebességig), általában 10 m/s körül.
• A szélsebesség növekedésével a rotor gyorsabban forog és több villamos energiát termel és általában 10 m/s és 15 m/s között éri el a szélturbina a maximális teljesítményt. Ekkor a modelltől függően 0,5 kW és 10 kW között termel.

Az ennél nagyobb sebességnél, általában 25-30 m/s fölött, vagy nekünk kell leállítanunk a rendszert, vagy az magától kapcsol le, nehogy károsodjon a rendszer.

Milyen esetben érdemes házi szélerőművet telepíteni?

Házi szélerőmű telepítése otthoni használatra akkor lehet jó ötlet, ha csökkenteni szeretnéd a környezetre gyakorolt hatásodat, azaz a karbon lábnyomodat, csökkenteni szeretnéd a villanyszámládat (bár ehhez az áramszolgáltatóddal is egyeztetned kell), illetve növelni szeretnéd az energiafüggetlenségedet.

Ha nem csak szigetüzemben gondolkodsz, és kifejezetten szeles helyen élsz, érdemes lehet megvárnod a jogszabályi változásokat meg az EU-s pályázatokat, hogy a fentieken túl még a megújuló energiára vonatkozó ösztönzőkkel is élhess – mint amikor állami/EU-s támogatással lehet rendszert telepíteni.

A házi szélerőmű otthoni használatra történő telepítése azonban gondos tervezést, előkészítést és a helyszín adottságainak, a villamosenergia-igényeknek, a költségvetésnek és a helyi szabályozásoknak a mérlegelését is igényli.

Ezért csak akkor telepíts házi szélerőművet otthoni használatra, ha a lakóhelyed megfelel bizonyos kritériumoknak.

Hogyan mérjük a házi szélerőmű teljesítményét?

A házi szélerőmű teljesítménye az a villamos energia mennyisége, amelyet valós szélviszonyok között ténylegesen termel. A szélturbina teljesítménye nem állandó, hanem a szélsebesség és a szélirány, a levegő sűrűsége, a hőmérséklet és a turbina hatásfoka szerint változik. A szélturbina teljesítményét kilowattórában (kWh) mérik, ami az egy óra alatt termelt energia mennyisége.

A házi szélerőmű teljesítményének méréséhez mérőműszert vagy monitort kell felszerelni, amely képes rögzíteni a rendszer által termelt villamos energiát az idő múlásával. A teljesítménye a kapacitástényezőtől függ, amely a turbina által ténylegesen termelt villamos energia és a maximálisan lehetséges villamos energia aránya, amelyet a turbina termelhetne, ha mindig a névleges kapacitással működne.

Ez lényegében azonos a napelemek valós teljesítményének értékelésével: a névleges teljesítmény és a tényleges teljesítmény két eltérő érték – és végső soron az számít, mennyi áram is érkezik a házi erőműből.

A házi szélerőmű éves energiatermelésének kiszámításához először is figyelembe kell venni, hogy Magyarország esetében jelentős, akár kétszeres különbség is lehet szélenergia terén egy Balaton-felvidéki és egy baranyai lokáció között.

Emellett hazánkban, országos átlagban, évente 131 szeles nap fordul elő és átlagosan 2-4 m/s közötti a sebessége. Ez azonban országos átlag, tehát minden esetben a helyben mért tényleges adatokból kell kiindulni, hogy megbecsülhesd, neked mennyi áramot termelne egy 500 W-os házi szélerőmű.

Vegyünk egy példát: az év kétharmadában, 245 napon keresztül átlagosan 10%-os hatékonysággal termel a 0,5 KW-os szélturbina, 120 napon át pedig eléri a névleges teljesítményét, ami legyen 40%. Ekkor az alábbi módon alakul az energiatermelés képlete:

0,5 kW x 0,1 x 5880 óra + 0,5 kW x 0,4 x 2880 óra = 294 kWh + 576 kWh = 870 kWh.

Tehát egész évben összesen 870 kWh villamos energiát fog ott egy 0,5 kW-os házi szélerőmű termelni. Az MVM oldalán található lista alapján ez nagyjából egy átlagos hűtő, egy kávéfőző és a mobilod töltésének éves fogyasztását tudja fedezni.

Mennyibe kerül a házi szélerőmű anyagköltsége?

Az otthoni használatra szánt házi szélerőmű anyagköltsége számos tényezőtől függ. Vegyük sorra a legfontosabbakat, mert a végszámla esetében jelentős lehet az eltérés az olcsóbb és minőségibb alkatrészek összeadása után.

1. A rendszer mérete. Ez igazán egyszerű: minél nagyobb a rendszer kapacitása, annál drágább lesz, de annál több áramot is fog termelni.

2. A rendszer típusa. A vízszintes tengelyű szélturbinák elterjedtebbek és hatékonyabbak, mint a függőleges tengelyűek, de több helyet, magasságot és tájolást igényelnek. Szintén alap, hogy az önmagában álló toronyra szerelt házi szélerőmű drágább, mint a kisebbek, amiket a tetőkre telepítenek.

3. A rendszer minősége (márkája). Aligha kell részleteznünk, mekkora eltérések akadnak az egyes márkák és modellek között. Itt pontosan ugyanazok a szempontok érvényesülnek, mint bármilyen más termék esetében.

4. A rendszer extra funkciói. Ide sorolunk minden olyan kiegészítő funkciót vagy lehetőséget, amelyek fokozzák vagy javítják a rendszer teljesítményét vagy megkönnyítik a használatát. Ilyenek lehetnek pl. a változó fordulatszámú generátorok, a teljesítményelektronikai átalakítók, az intelligens vezérlők (Android/iOS app-pal), stb.

Mennyibe kerül a házi szélerőmű telepítése? 

Távol álljon tőlünk, hogy akár csak tág becslésekbe is bocsátkozzunk a telepítési költségek terén, annyiféle tényezőtől függ a végszámla – úgy, hogy egyébként bizonyos tételeknél még ráadásul heti árral érdemes számolni.

Lényegében azt mondhatjuk, hogy a főbb tételeket a vállalkozói díj és a rendszer díja jelentik, de hogy mennyiért telepítik nálad melyik rendszert – ez már a vállalkozótól, a piaci viszonyoktól, az euró árfolyamtól, stb. függ.

Ha arra vagy kíváncsi, Nálad milyen vastag lesz a számla végösszege, érdemes árajánlatot kérned vállalkozóktól.

Mennyi idő alatt térül meg egy házi szélerőmű?

Mint más megújuló erőforrások esetében, úgy itt is azt tekintjük megtérülési időnek, amely alatt a rendszer telepítésének és üzemeltetésének költségei megtérülnek a saját villamosenergia-termelésből származó megtakarítások vagy bevételek révén.

Egyszerű kiszámolni: [bekerülési költség] / [termelt áram ára évente] = [a megtérüléshez szükséges évek száma].

A korábbi példában vett 0,5 kW-os szélerőmű teljes költsége legyen 300 000 Ft, és évente a 870 kWh áramot termel, aminek az ára kilowattonként jelenleg 36,9 Ft, akkor kb 32 100 Ft-ot termel a szélerőmű. 300 000/ 32 100 = 9,3, azaz kicsit több mint kilenc év alatt térül meg a rendszer – viszont onnantól kezdve nyereséges.

Természetesen az, hogy a Te esetedben mennyi lesz a megtérülési idő, már a saját rendszered költségeitől és az általa termelt áramtól függ.

Mindezek alapján azt mondhatjuk, hogy ha olyan környéken található az ingatlan, ahol jók a szélviszonyok és sikerül a bürokrácián is átküzdened magad, kifejezetten jó ötlet lehet beruháznod egy házi szélerőműre. Ám még mielőtt böngészni kezdenéd a katalógusokat, előbb konzultálj szakemberrel, hogy ténylegesen megéri-e telepítened, és ha igen, mit ajánl abba a környezetbe.

Hiszen ahány ház, annyiféle szélerőmű.

Dr. Rónay P. Tamás | Korábbi egyetemi oktató, szövegíró. Főként humán, illetve természettudományos cikkeket ír. Otthonosan mozog az okostechnológiák és megújuló erőforrások, zöld technológiák világában.