As turbinas eólicas na vertical e na horizontal usam a energia cinética do fluxo de ar que atravessa o rotor, convertendo-o primeiramente em energia mecânica e depois, com um gerador, em energia elétrica. A energia extraída a partir do vento por meio de uma turbina eólica depende da superfície do rotor, a velocidade do vento e da densidade do ar. Rotor e gerador elétrico podem ser conectado diretamente (direct drive) ou então associados a multiplicador de giros. O gerador pode ser síncrono ou assíncrono.

Uma primeira classificação das turbinas para minieólicas pode ser feito na base de "eixo de rotação das turbinas eólicas,que podem ser:

- eixo horizontal, eixo de rotação paralelo ao solo, instalados em espaços abertos com vento laminar;
- eixo vertical, eixo de rotação perpendicular ao chão, instalado em espaços abertos ou urbanas com vento turbulento;

Quanto á classificação de potência, temos:

- Micro energia eólica: menos de 20 kW
- Pequenas turbinas eólicas de potência de 20 kW a 200 kW

Nos parágrafos seguintes ressaltamos alguns aspectos relacionados aos tipos de geradores (síncronos e assíncronos) e sistemas sofisticados de regulação e controle, que são capazes de ajustar instantaneamente as condições de trabalho dos equipamentos ao variar a velocidade e a direção dos ventos. Geradores eólicos também estão equipados com sistemas de travagem e de outros mecanismos que garantem o bom funcionamento e a integridade da turbina em caso de excesso de vento.

As pás começam a se mover quando a velocidade do vento atinge o start-up (corte na velocidade do vento). O corte dos limiares são variáveis??, dependendo do tamanho do gerador: normalmente para iniciar pequenas turbinas eólicas são suficientes ventos e baixa velocidade, até mesmo de 3-4 metros por segundo. A rotação do rotor para as turbinas eólicas com eixo horizontal pode ser upwind (fig. a e  b) ou  downwind (fig. c).

horizontal pode ser upwind (fig. a e  b) ou  downwind (fig. c).

Mini eólico - Sunteco Brasil

O aumento da velocidade do vento corresponde a um progressivo aumento da potência instantânea gerada pela máquina, até à velocidade nominal (rated wind speed), ou seja, a velocidade do vento em que o gerador atinge a sua potência declarada. O pico de potência permanece constante até o limite máximo (cut-out wind sped) de velocidade do vento tolerado pela máquina. Para além deste limite, o gerador deixa de produzir energia e se coloca em modo de segurança, utilizando sistemas ativos ou passivos de proteção, a fim de evitar danificar os componentes mecânicos.

Gerador Assíncrono

Rotor e gerador podem ser conectados diretamente (direct drive), ou associados à uma caixa multiplicadora de giros. O gerador pode ser síncrono ou assíncrono. A principal vantagem do gerador assíncrono reside na constância da frequência, se o gerador estiver ligado à uma rede elétrica que o imponha, independentemente da velocidade de rotação das hélices. Vista à falta de constância da velocidade de rotação das pás parece ser a escolha mais natural para um uso do tipo.

As vantagens são que é mais barato construí-lo e tem um rendimento mais elevado que o  gerador síncrono.

As desvantagens são: a necessidade de absorver o equilíbrio de potência reativa para o seu funcionamento a partir do qual a necessidade de estar conectado à rede ou, se isolado, para prever a potência reativa com um banco de capacitores apropriado. Instalação de energia eólica com gerador assíncrono requer manutenção especial e controle anual, de modo que a energia entregue seja de boa qualidade.

Gerador Síncrono

Geradores síncronos são ímãs permanentes, geram energia de frequência variável inteiramente ditada pela velocidade do vento. Este problema é resolvido através da instalação de um inverter, que endireita na entrada a corrente de frequência variável, transformando-a em corrente contínua e operando uma nova reconversão da corrente contínua em alternada na frequência da rede.

Vantagens: Não necessita de um número fixo de giros. Isto é claro uma vantagem considerando que o vento não é sempre constante. Ele se auto magnetiza, ou seja, não precisa de corrente para sua partida, e depois não absorve corrente da caixa de ligação. Ele não cria qualquer diferença na rede pois é galvanicamente separado da rede, com um sistema eletrônico muito avançado para a fase de comissionamento na rede.

Desvantagens: Custo de transformação de energia.

O controle da potência

O sistema de controlo de potência tem a função de otimizar a potência de saída, ao variar a velocidade do vento.

Existem dois tipos de sistemas de controle de potência:

• Monitoração por etapa: as pás são concebidos de modo a rodar em torno do seu eixo. Esta é uma forma automatizada de controle, o que aumenta ou reduz a área da superfície exposta ao vento e, assim, altera a eficiência aerodinâmica das pás.
• Controle de impasse: as lâminas não giram em torno de seu eixo, visto que eles são ligados ao hub. Em seguida, aproveita o desenho aerodinâmico das pás para controlar a potência. É de qualquer modo de um controle do tipo passivo.

Além disso, as turbinas estão equipadas com sistemas de travamento que asseguram a desaceleração da velocidade de rotação do rotor até ao limite máximo tolerado do vento (cut-out wind speed). Além da velocidade de corte, a turbina para a produção de energia e entra em modo de segurança, através de:

• uma parada completa do rotor ou
• o desalinhamento entre o eixo do rotor e o eixo de rotação das pás.

Os geradores de micro e mini utilizam principalmente esta última solução porque ele é um mecanismo passivo que não exige a presença de dispositivos eletrônicos. Simplesmente a velocidade de corte do rotor, graças à presença de uma "dobradiça", gira na vertical sobre o seu próprio eixo.

O controle da guinada

A guinada é a rotação da turbina em torno do seu eixo vertical, que é essencial para posicionar o rotor de acordo com a direção do vento. O controle de guinada também ajuda a regular a energia produzida.

Os dois principais sistemas de controle de guinada são:

• controle ativo de guinada: as turbines de médio e grande porte estão equipadas com um sofisticado servo-mecanismo, regulado por um anemômetro, que garante o alinhamento ótimo entre o eixo do rotor e da direção do vento.
• controle passiva de guinada: para orientar com base à direção do vento, as turbinas de pequeno porte tem um leme simples (ou palhetas) direcional.

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