Bu sitedeki bazı diller makine çevirisi olabilir ve hatalar içerebilir. İyileştirmesine yardım et İngilizce orijinali okuyun
Mor ve turuncu gün batımı gökyüzünde duran açık deniz rüzgar türbinleri, koyu mavi denizin üstündeki ufukta güneş.
Yeşil Girişim · Açık araştırma

Fan Duvarı

Bir binayı rüzgardan elektrik üreten bilgisayar fanlarıyla kaplamaya karar verdik. Fizik bu versiyona hayır dedi. Daha iyi bir versiyonu da gösterdi. İşte bütün matematik, neyin kanıtlandığı, neyin kanıtlanmadığı ve bulmak için ne gerektiği.

掬茶, via Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

Gördüğünüz her rüzgar türbini aynı mantığı izler: bir rotor mümkün olduğunca büyük, mümkün olduğunca yüksek. Harika çalışıyor ve vinçlere, açık araziye ve yıllarca izine ihtiyacı var. Bizim sorumuz tam tersi. Şehirlerin zaten olduğu yerlere inşa edilen küçük rotorlar, mantıklı bir fiyata elektrik üretip üretebilir mi? Fan Duvarı fikri ilk olarak Local Solar System Vakfı tarafından 2020 yılında önerildi; bu sayfa onun açık, güncellenmiş modelidir.

Bu sayfa, fikri finanse edecek, inşa edecek veya test edecek insanlar için yazılmıştır. Bu kasten bir satış broşür değil. İlk tasarımımızdaki rakamları çalıştırdık, nerede hata yaptığını bulduk, yeniden tasarladık ve rakamları tekrar çalıştırdık. Kısaca: bir cephedeki bilgisayar fanlarının duvarı çalışamaz, rüzgarlı bir çatının kenarlarındaki daha büyük kanatlanmış rotorların tacı gerçek elektrik üretebilir ve test edebileceğimiz birkaç şey iyi sonuçlanmadıkça güneş panellerini fiyatta yenemez. Aşağıdaki her rakam açık modelimizden gelir (kod, data).

2.2%of the wind speed, at most, can pass through fans mounted flat on a closed facade: the air has nowhere to go
159 kWhrüzgarlı bir yerde 6.5 m/s hızla ilerleyen taçtan yıllık m² başına (orta; aralığı 43 ile 509)
225 kWhAynı binada (merkez) yer alan çatıdaki güneş panellerinden yıllık m² başına
$0.84kWh için geliştirilmiş taç, merkezi durum, rüzgarlı site (aralığı $0.14 to $6.30); çatıda güneş: $ 0.19

1. sürüm ve neden işe yaramadı?

İlk fikir, 40 m uzunluğunda ve 15 kat yüksekliğinde bir binanın cephesidir, yaklaşık 120 mm’lik 110.000 fan ile kaplıdır, her biri arkaya doğru çalışır böylece motoru bir jeneratör olur. Çok güzel bir resim. Bu, önem sırasına göre üç nedenden dolayı başarısız oldu.

1. versiyonun ön yüzeyindeki Fan Duvarı, 40 metre uzunluğunda ve 15 kat yüksekliğinde, küçük fanların modülleriyle kaplıdır, bir kişi ve ölçek için bir otobüs ile.
Versiyon 1: 1.800 m² cephe, 120 mm fanlarla kaplıdır. Local Solar System Kuruluş konsept çizimi.

**1. Hava kapalı bir duvarın içinden geçemez. ** Bir türbin, içinden geçen havadan enerji alır. Katı bir cephe üzerinde rüzgar durur (mühendisler buna durgunluk der) ve yukarı, aşağı ve yanlara kayıyor. Her fan arkasında 30 cm boşluk olsa bile, yanlarda ve üstte açıksa da, süreklilik sert bir sınır koyar: 1.800 m² fanlara giren tüm hava yaklaşık 39 m² boşluktan geçmek zorunda kalacaktı, böylece rüzgar hızının %2,2’sinden fazla olmayan fanlardan geçebilirdi. Güç hız küpü ile birlikte gelir, bu yüzden duvar aynı fanların serbestçe durduğunda elde edeceği gücün %0.01’inden daha azını sağlayacaktır. Gerçek havalandırılan kaplanmanın arkasındaki ölçümler aynıdır: 5 m / s’ye kadar rüzgarlarda boşluk hava akışı 0,2 ila 0,6 m / s (Salonvaara et al., 2007). Yukarıdaki 3B modeli görselleştirmek için versiyon 1’e geçin: rüzgar çizgileri duvarda durur ve uzaklaşır.

Binanın içinden geçen bölüm: rüzgar kapalı cephe üzerinde durgunlaşır ve modüler taçının oturduğu çatının kenarına doğru yükselir.
Havanın gideceği yere. Konsept çizimi, model versiyon 2.

**2. Küçük bıçaklar kötü çalışır. ** 120 mm’lik bir fan bıçağı yaklaşık 2 cm’lik bir çubuğa sahiptir. Etrafındaki hava, kanatların kaldırma-sürüş oranının çoğunu kaybettiği bir rejim olan 10.000’e yakın bir Reynolds sayısıyla hareket eder: yumuşak aerodinamik profiller yaklaşık 70.000’lik kritik Reynolds sayısının üzerinde “bir büyüklük düzeyinden daha fazla” iyileşmektedir (İstanbul, 1983.). Ölçülen santimetre ölçekli türbinler %9 civarındaki güç katsayısına ulaşır (Howey, Bansal ve Holmes, 2011); bir türbin olarak kullanılan 10 cm bilgisayar-ventilyatör rotoru 5 m/s hızda 28 mW, hesaplamamızla rüzgarın gücünün yaklaşık %4’ünü sağlar (Federspiel ve Chen, 2003). Bilgisayar fanları havayı itmeye, onun tarafından itilmesine değil.

Altı kare siyah 80 mm bilgisayar fanı kabloları ve bir tel parmak koruması ile beyaz arka planda.
Standart 80 mm bilgisayar fanları. Versiyon 1, bir cephe üzerinde biraz daha büyük 120 mm kuzeninin yaklaşık 110.000'ini hayal etti. Photo: cappie2000 (public domain)

**3. Binlerce küçük jeneratör, yaptıkları az şeyi israf eder. ** Birkaç voltta bir wattın bir parçasını sağlayan bir fan motoru yalnızca bir diyot doğrultma cihazında %10 ila %40’ı kaybedebilir. Fandan şebekeye kadar olan bütün zincir için merkezi tahminimiz %54.

İlk nedeni tamamen göz ardı etsek bile (venüslerin serbest duran duvarı), versiyon 1 bir şehirde yaklaşık $4.20 per kWh on a windy coast and $18, çatıdaki güneşin fiyatının yirmi ila yüz katı kadar maliyet yapar.

Sınırları koyan fizik

Rüzgar tarafından taşınan güç bir alan A içinde P = ½ ρ A v³, hava yoğunluğu ρ = 1.225 kg/m³ ile. Küp her şeydir: 6 m/s’de bir metre kare 132 W, 12 m/s’de 1.058 W taşımaktadır. Bir yıl boyunca ortalama olarak, 4 m / s ortalama rüzgarla bir şehrin çatısı yaklaşık 75 W per m² sunar; 6.5 m / s’de açık bir kıyıda yaklaşık 321 W per m².

Betz limiti. Hiçbir açık rotor, alanından geçen gücün 16/27 ≈ 59.3%’dan fazlasını çıkaramaz, çünkü hava yolun dışına çıkmaya devam etmeli.

İkinci bir rotor ne ekleyebilir. Seride iki rotor (bir jet motorunun aşamaları gibi) en fazla bir rotorun alanı üzerinden 16/25 = 64% güce ulaşabilir ve sonsuz çok sadece 2/3 (Newman, 1986). Jet motoru aşamaları birbirine yığıyor çünkü havayı yakıt yakmaktan büyük bir basınç farkı ile kapalı bir çekirdeğin içinden itiyor. Özgür rüzgar böyle bir basınç sağlamaz: her ek aşama havayı daha da yavaşlatır ve yavaş hava cihazın etrafında akmaktadır. Karşı-dönen rüzgar rotorlarının ölçülen kazançları %0 ile %60 arasında değişir, ancak iyi kontrol edilen son testler 2 ile %10 (Adema et al., 2026 incelemesi) kümesindedir.

Statör pervaneleri ne ekleyebilir. Bir rotor havayı döndürerek bırakır ve döngü enerji kaybeder. Küçük rotorların düşük uç-hız oranı kayıp büyüktür: ideal Glauert rotoru 1’in bir uç-hız oranı olan 0,42’ye ulaşır, 2’de 0,51 ve 5’te 0,57. Rotor arkasındaki sabit pervaneler bunun bir kısmını geri kazanabilir. Kimse bunu bir rüzgar türbininde ölçmedi; uçak pervanelerinde bu tür vanesler 2 ila 5% verdi (Li et al., 2017).

Bir kanal ne ekleyebilir. Düz bir kenar olan bir kanal (Kyushu Üniversitesi’nin “rüzgar lensi”) rotorun arkasındaki basıncı düşürür ve daha fazla hava çeker. Rüzgar tünel testlerinde, kompakt bir kenar difüzörü, çıplak rotor için 0.37’den 0.7 ve 0.88 arasında güç katsayısını yükseltti, rotor alanına göre, ancak sadece 0.48 ile 0.54 arası tüm kenar oranına göre (Ohya ve Karasudani, 2010). Bu tuzak: * ön yüzey alanının metrekare başına, kanalların hiçbir zaman Betz limitini aşmadığı, “praktikte 3’ün üzerindeki güç artırma faktörleri asla elde edilmedi” ve kanal türbinlerinin “50 yıldan fazla” olduğu. “Hiçbir şey ticari başarıya ulaşamadı”.İstanbul: Yapı Kredi, 2007.). En pahalı son girişim, FloDesign / Ogin, türbinlerini altı ay içinde kaldırdı ve 2017’de tahliye edildi (Gipe, 2017).

Beyaz uzun direkler üzerindeki beş küçük rüzgar türbini, her bir rotor düz bir kenar ile yuvarlak bir halkayla çevrili, bulutlu gökyüzüne karşı.
Kyushu Üniversitesi, Japonya'nın Ito kampüsündeki rüzgar mercek türbinleri: her rotor düz bir kenar ile halka içinde döner, bizim modül kanalımız bu fikri ödünç alır. Photo: Hot cake syrup, CC BY-SA 3.0

Boyut Reynolds sayısı nedeniyle önemlidir. Her boyuttaki en iyi olası rotoru bir bıçak-element momentum modeli ile hesapladık (Glauert’un optimumu, iz rotasyonu, uç ve merkez kayıpları ve Reynolds sayısıyla düşen bir kaldırma-çekme oranı, ölçülen düşük Reynolds hava profilleri gibi Selig’in SG6043):

Rotor çapıTepe-hız oranıReynolds sayısı (% 75 yarıçapı)En iyi tasarım
4 cm.8, 1.254,5000.23
12 cm (bilgisayar fanı)8, 1.512,0000.29
25 cm.8, 2.020,0000.36
50 cm (iyileştirilmiş modül)6’dan 7’ye, 2.543,0000.39 to 0.40
1 m6, 3.074,0000.42
7 m (küçük türbin)8, 4.5265,0000.49

Bunlar gerçek kayıplardan önce özel olarak inşa edilmiş kılıcın tavanları. Bir kontrol olarak, özel olarak tasarlanmış 39 cm taşınabilir türbin 0.32 ölçüldü, bizim modelimiz bu boyut için yaklaşık 0.39 verir (Kishore, Coudron ve Priya, 2013): Bu yüzden ilk donanım tasarım değerinin %65 ila %90’ına ulaştığını varsayıyoruz ve santimetre rotorlar için çok daha azdır, burada laminar ayrım hakimdir.

Bir rüzgar tünelinde ince bir kule üzerinde küçük üç kanatlı bir model rüzgar türbini, motorlar tarafından hareket ettirilebilen büyük metal flapların önünde.
Almanya'nın Oldenburg Üniversitesi'nde bir rüzgar tünelindeki bir model rüzgar türbini, havayı kontrol edilmiş bir türbülansa doğru hareket ettiren motorlu flapların aktif bir gridinin önünde. Yol haritamızın 1. safhası da bu tür bir testtir. Photo: Schottler, Reinke, Hölling, Whale, Peinke and Hölling, CC BY 3.0

Rüzgar yönü. Bir sabit modül sadece rüzgarın ona doğru üflediği kısmını kullanır. Güç açık rotorlar için doğrusal açı küpü ile yaklaşık olarak düşer ve kanal için daha yumuşak (Tamaro et al., 2024; Richmond-Navarro et al., 2022). Orta derecede yaygın bir rüzgarla, ona karşı duran bir modül her zaman doğrulanmış bir rotorun alacağı enerjinin yaklaşık 47%‘sini tutar. Versiyon 1 %100 olarak varsayılmıştır.

İyileştirilmiş tasarımı: rüzgara doğru çatı kenarlarında bir taç

Yukarıdaki her şeyi alın ve tasarım neredeyse kendi kendini yazar: Reynolds sayısının daha iyi olduğu büyük rotorlar, onları koruyan ve hızlandıran kanallarda, hava geçebileceği yerde serbestçe duran, akışkanlığın en güçlü olduğu bina üzerindeki yerinde hakim rüzgara karşı. Orası çatının kenarı. Fasadı vuran hava yükselir ve kenar üzerinde döner; rüzgarın bir rüzgâr çatı kenarı üstünde rüzgar, çatının yüksekliğinde hızının 1.06 ila 1.25 katı, ancak bu kenar rüzgarın altında olduğunda sadece 0.38 katıdır (Mertens, 2006).

Her modül 725 mm karedir: kompakt bir rüzgar lens kanalında 0,5 m yedi-kalemli rotor, bazı döngüleri geri kazanan ve 50 ila 300 W jeneratör taşıyan beş stator vanası, paslanmaz koruma ağ ve maksimum güç noktası takipiyle bir mühürlenmiş güç tahtası. İki sıra, parapet üzerindeki çelik raylar üzerinde 1,45 m yüksekliğinde bir taç oluşturuyor. Bir kişi bir modül çıkarıp değiştirebilir.

İyileştirilmiş modülün kesitleri: koruma ağ, yedi-kalem rotor, düz bir çizgiyle kanal, stator vanes ve jeneratör pod, boyutlarıyla.
İyileştirilmiş modül. Konsept çizimi, model versiyon 2.

Bıçaklar tahmin edilemez. Model onları gerçekten görecekleri Reynolds sayısı için tasarlar, 6 m / s’de yaklaşık 45.000: kök yakınındaki 62 mm’lik çizgi 36 mm’ye kadar uzanır, 38 ° -den 10 °‘a doğru döner, 2.5’in bir tasarım hızı oranıdır. 6 m/s’de rotor yaklaşık 700 rpm’de döner; onun uçları 10 m/s rüzgarda yaklaşık 30 m/s hızla hareket eder, büyük bir türbinin uçlarının yarısı kadar az olan 79 m/s.

Yaprak planı ve bir çizgi, dönme, Reynolds sayısı ve yedi yarıktaki kaldırma-sürüş oranları tablosu.
Kılıf-element momentum modelinden kılıf akordu ve dönme.

Dürüst rakamlar

Karşılaştırmanın adil bir yolu, karşıdaki yüzey alanının metrekare başına: bir cephe, bir çatı ve bir otoyol bariyerinin hepsi aynı şey için rekabet ediyorlar, rüzgara doğru bakan bir yüzey. Merkez değerleri, model verilerindeki tam pesimist-iyimser aralığı ile. Enerji rüzgar yönünü, türbülans (% 5-15 kayıp) ve mevcutluğu (% 92-97) içerir. Enerji maliyeti: %7 gerçek indirim oranıyla 20 yıl, bakım yatırımın yılda %2 ila %5’i.

TasarımÖn bölgede CpYıllık m² başına kWh, rüzgarlı yer / şehirKapasite faktörü, rüzgarlı / şehirM² başına kurulum maliyetiRüzgarlı / şehirBasit geri ödeme 0,19 dolar/kWh
A. Versiyon 1, stok 120 mm fanlar (bağımsız)0.04523 / 55.2% / 1.2%$765$4.21 / $18.0Hiçbir zaman
A2. 120 mm özel rotorlar0.08945 / 115.2% / 1.2%$805$2.23 / $9.45Hiçbir zaman
B0. 0,5 m açık rotorlar, taç0.148125 / 349.3% / 2.5%$1,192$1.19 / $4.37Hiçbir zaman
B. İyileştirilmiş: 0,5 m kanal, stator, taç0.164159 / 4310.7% / 2.9%$1,074$0.84 / $3.10Hiçbir zaman (en iyi senaryo: 4.5 yıl rüzgarlı)
B2.B artı bir karşı dönen rotor0.174168 / 4610.7% / 2.9%$1,245$0.92 / $3.40Hiçbir zaman
B3.B serbest duran bir bariyer olarak0.164128 / 328.6% / 2.2%$944$0.92 / $3.66Hiçbir zaman
Çatıdaki güneş, aynı bina22512%$410$0.1910.6 yıl
Güney cephesinde güneş1397.6%$630$0.4731 yıl.
10 kW türbin, 7 m rotor 18 ila 30 m direğin üzerindeRotor üzerinde 0.3531,600 / 10,300 kWh türbin başına36% / 12%Kilovat başına 8.910 dolar$0.35 / $1.0827 yıl rüzgarlı

Masada ne yazıyor:

  • Hattın yeri, sadece. Ön m² başına, kanallı modüller (B) aynı rotorlar açıkta (B0) yaklaşık %10 ila 30’a kadar vurur, çoğunlukla rüzgar yönüne daha iyi tolerans gösterdikleri için. Ayrıca bir koruma, daha sessiz bir uç ve stator için bir yer verirler.
  • İkinci rotor para vermez. Yaklaşık %6 enerji ekleyerek %16 daha fazla maliyet yaratır. Jet motorlu çok aşamalı rüzgar modülünün fiziksel sınırı vardır, amacının sınırı yoktur.
  • Sadece rüzgar yönündeki modüller öder. Çatının etrafındaki bir taç, sadece rüzgar yönündeki tarafa kıyasla modülün yalnızca %55’ini kazanır, çünkü diğer taraflar çoğunlukla hakim rüzgardan uzaktadır. Referans binamızın (40 × 20 m, 45 m yüksek) mantıklı tacı sadece rüzgar yönündedir: 60 m², yaklaşık $ 64.000, rüzgarlı bir yerde yılda yaklaşık 9.500 kWh, bir kentte 2.600. Aynı para çatıdaki güneş enerjisi yılda yaklaşık 35.000 kWh üreten yaklaşık 155 m² panel satın alır.
  • Şehirlerde rekabet edemez. Binalara monte edilmiş mikro rüzgarın kötü bir kaydı vardır: Warwick Rüzgar Denemeleri’nde 26 türbin ortalama %0.85 kapasite faktörü (İstanbul, 2009), ve Londra’nın üç türbini Strata kule gürültü ve titreşim şikayetleri sonrasında kapatıldı.

Ölçek için, ABD küçük rüzgar filosu ortalama %14-16 kapasite faktörü ve 2024 ve 2025’te kurulan her kW için $6,680 to $9.630 (PNNL Dağıtılmış Rüzgâr raporları) idi. Bizim taçımız kW başına yaklaşık 6.300 dolar değerinde, aynı aralıkta yer alıyor ki bu da maliyet tahmininin hayal gücü olmadığının bir işareti.

Ağaçların üstündeki mavi gökyüzüne karşı, yüksek bir kulenin tepesinde sarı bir kuyruklu küçük üç kanatlı rüzgar türbini.
Portland şehrinin kompostlama sitesinde, Oregon'da bir çit kule üzerindeki Bergey Excel küçük rüzgar türbini. Bu gibi yüksek direklerdeki küçük türbinler, yukarıdaki tablonun son satırında yer alıyor. Photo: Paul Gipe, CC BY-SA 4.0

Kanıtlanmış, muhtemel ve spekülatif olan nedir?

Kabul edilmiş (ders kitabı veya ölçülmüş): rüzgardaki güç ve Betz sınırı; iki rotor için 16/25 tavan; boruların rotor alanına göre gücünü artırdığı ancak ön yüzey alanına göre Betz’in ötesinde olmadığı; Reynolds sayılarının yaklaşık 70.000 altındaki küçük bıçaklar verimliliği kaybettiği; kapalı bir duvarın akışa sahip olmadığı; çatının kenarları rüzgara doğru akışı hızlandırdığı; binalara monte edilen mikro türbinlerin şehirlerde kötü performans gösterdiği.

Makul (bu tasarıma desteklenmiş, ancak ölçülmemiştir): Reynolds 45.000 için tasarlanmış 0,5 m rotor, kompakt bir kenarlı kanalda rotor alanına 0,3 çıplak ve 0,55 civarında bir güç katsayısına ulaşıyor; rotordan 50 ila 300 W jeneratörler ve modül düzeyinde MPPT ile %75 zincir verimliliği; ilk proje için m² başına yaklaşık $1,000 kurulum maliyeti.

Spekülatif (ölçülmelidir): yan yana paketlenen boruların birbirlerine ne kadar kaybettiğini varsayıyoruz (% 10 ila 30); verilen bir binanın taçında gerçek hızlanma ve türbülans; binlerce yatakların 20 yıl boyunca rüzgar, buz ve toz altındaki dayanıklılığı; bina içinde yayılan gürültü ve titreme; ağ kanatlarıyla vahşi yaşam etkileşimi (büyük türbinler ABD’de yılda yaklaşık 140.000 ila 328.000 kuşu öldürür (Loss, Will and Marra, 2013); cam binalar 365 ila 988 milyonu öldürür (Loss et al., 2014); kimsenin ağ çatı kenar modülleri için verileri yoktur).

Koyu cam bir kulenin eğimli tepesinde üç yuvarlak açılış, her biri mavi gökyüzüne karşı rüzgar türbini rotorunu tutar.
Londra'daki Strata SE1, bir konut kulesinin tepesine 2012 yılında inşa edilen üç rüzgar türbini. Photo: Cmglee, CC BY-SA 3.0

Ne doğru olmalıydı?

Rüzgarlı bir yerde 6.5 m/s hızla esen rüzgar için, elektrik maliyeti üzerinde çalışabileceğimiz iki şeye bağlıdır: ön yüzeydeki her metre karenin ne kadar güç üretebildiği ve kurulumuna ne kadar paraya mal olduğu.

Ön bölgede Cp300 dolar metrekare.500 dolar metrekare.metrekare başına 800 dolar.1.100 dolar metrekare
0.15$0.24$0.40$0.63$0.87
0.20$0.18$0.30$0.47$0.65
0.25$0.14$0.24$0.38$0.52
0.30$0.12$0.20$0.32$0.43

Kazanabileceği ve kazanamayacağının yeri.

Kazanabilir:

  • Rüzgarlı yüksek binalar ve kıyı alanları, güneşe bir ek olarak: bir çatının kenarlarındaki rüzgar geceleri, kış aylarında ve fırtınalarda, güneş panellerinin az ürettiği zamanlarda zirve yapar.
  • Çatıların zaten dolu veya gölgelendirilmiş olması. Bir taç çatı alanının değil kenarına kullanılır ve paneller, bitkiler veya teraslarla rekabet etmez.
  • Kabloların pahalı olduğu yerlerde şebeke dışı güç: Sensörler, aydınlatma, telekomünikasyon ekipmanları, köprülerdeki hava istasyonları, direkler ve kıyı yapıları.
  • Şu anda mevcut olan engeller: otoyol ve demiryolu gürültü bariyerleri, deniz duvarları ve köprü parapetleri, yapı için ödenen yerler.
  • Görünürlük ve eğitim. Dönen bir taç, güneş panelinin olmadığına dair kamuoyuna bir açıklamadır; okullar, müzeler ve önemli binalar bunu değerlendirir.
Kısa dirseklere monte edilmiş bir düzineden fazla küçük beyaz rüzgar türbini, arkasında ağaçlarla dolu bir dükkan tabelasının üzerindeki düz bir çatıda toplanmıştı.
Morro Bay, Kaliforniya'da 2011 yılında iki çatıda bir düzineden fazla küçük türbin. Rotorları bir çatının üzerine koymak kolaydır; onları ödemek zor olan kısım, Warwick Rüzgar Denemeleri'nin gösterdiği gibi. Photo: Paul Gipe, CC BY-SA 4.0

Kazanamaz:

  • Ucuz bir elektrik kaynağı olarak. Büyük rüzgar ve güneş çiftlikleri ne kadara mal olacak? $0.04 to $0.10 kWh; bir binada hiçbir şey yaklaşamaz.
  • Kapatılmış şehir caddeleri ve düşük binalı banliyölerde, ortalama rüzgarın çatının yüksekliğinde 4 ila 5 m/s’nin altında olduğu yerlerde.
  • Fasadın üzerinde düz. Her ne kadar rotorlar tasarlanmış olsa da, kapalı bir duvarda akış yoktur.

Kalkınma yol haritası ve maliyeti

FazİşBu karar,Tahmini maliyetZaman
0. Tasarım çalışmasıBlade ve kanal tasarımı, bir modülün CFD’si ve 3 × 3 dizisi, elektrik topolojisi, üretici ile maliyet modeli0.2’nin üzerindeki ön yüzeydeki Cp bir dizide makul mü?$30k to $60k3-4 ay.
1. Rüzgar tüneliÜç rotor, üç kanal, stator ayarlanır ve kapanır, sonra 3 × 3 dizisi; 3 ile 15 m/s, yanal kayma 0 ile 45°Cp ölçüldü, dizi kaybı, başlatma hızı, gürültü$60k to $120k4 ila 6 ay
2. Prototip modülJeneratör, güç kartları, kapalı modül; dayanıklılık, buz, yağmur ve akustik testleri (IEC 61400-11 yöntemi)Modül verimliliği ve dayanıklılığı$50k to $100k6 ay.
3.Çatı pilotuRüzgar yönündeki kenarlarda 10 ila 20 modül, ultrasonik anemometreler veya lidarlar, bir yıllık veri, vahşi yaşam kamerası.Gerçek m² başına kWh, mevcutluk, binadaki gürültü$80k to $150k12 ay.
4. Ürün yoluYapım ve cephe mühendisliği, IEC 61400-2 tasarım temeli, İngiltere MCS 006 veya ABD ACP 101-1 sertifikası, elektrik ve yangın uyumluluğu, sigortaBir bina sahibinin satın alabileceği bir ürün$100k to $250k12 ila 18 ay

0’dan 3’e kadarki aşamalar yaklaşık olarak $220,000 to $430,000 ve iki yıla ihtiyaç duyar. Her aşamanın net bir durma noktası vardır: eğer rüzgar tüneli bir dizide 0.2 yakınında frontal Cp göstermezse, orada dururuz ve nedenini yayınlarız.

Kime ihtiyacımız var?

  • Düşük Reynolds ve kanallı rotor deneyimi olan bir aerodinamikçi., bıçaklar, kanal ve stator tasarlamak ve gözden geçirmek için.
  • Bir üniversite veya ticari rüzgar tüneli, testleri planlamak ve dizi etkileşimini modellemek için bir CFD mühendisi ile.
  • Güç elektronik mühendisliği Küçük kalıcı mıknatıs jeneratörleri, aktif doğrulama, MPPT ve birçok modülden DC toplama için.
  • Yapısal ve cephe mühendisliği taçtaki rüzgar yükleri (EN 1991-1-4 / ASCE 7), sabitleme, buz ve yorgunluk için.
  • Akustik bina içinde yayılan ses ve titreşim için.
  • Şehir rüzgarı uzmanı Bir şey inşa edilmeden önce rüzgarı ölçmek ve modellemek için aday çatının kenarlarında.
  • Sertifika ve uyum: küçük rüzgar standartları (IEC 61400-2, -11, -12-1), elektrik ve yangın kodlu ve bir pilotu kapsayacak bir sigortacı.
  • Ekolojist kuş ve yarasa izleme sistemini tasarlamak için.
  • Üretim ortağı Enjeksiyon kalıplama veya rotokalıplamada, bıçak ve boruların fiyatını hacme göre belirlemek.

Daha iyi bir fikir hoş karşılanır.

Fan Duvarı, daha geniş bir soruyu yanıtlayan bir cevaptır: insanların zaten yaşadığı yerler bugün yaptıklarından daha fazla temiz enerji nasıl üretebiliyor, depolayabiliyor veya tasarruf edebiliyor? Eğer bu sayfadaki rakamlar sizi farklı bir yaklaşımın daha iyi olacağına ikna ediyorsa, bunu duymak istiyoruz. Aynı zamanda ısı üreten çatıdaki güneş, termal depolama, su hatlarından geri kazanılan enerji, atık ısı veya taleplerin daha akıllıca zamanlaması pek çok binada rüzgar tacı yapabilir. ideya radarı onları karşılaştırır ve her birinin buradaki gibi dürüstlükle yazılmış kendi makalesi vardır.

Vakfın bazı üyelerinin bir teklifi duyabilecek kişilerle bağlantıları olabilir. Bir fikrin ortaya konması için, gerçek hayatta çalışan ve gerçekten güç üreten bir modele ihtiyacı vardır. Bu modelin çıkış gücü bir alet üzerinde ölçülür ve iddia edilmez; bu yüzden de bu sayfa bir çizim yerine rüzgar tüneli ve çatıdaki pilotla sona erer. Kağıt üzerindeki fikirler de memnuniyetle karşılanıyor: fizik ve sayılar sağlam ise, onları burada web sitemizde yayınlayabiliriz. Fakat işleyen bir model olmadan sermaye toplamak çok zor ve burada hiçbir şey finansman, kazanç veya tanıtım sözü vermez. Bu sayfanın standartları şu şekilde: rakamları göster, yanlış olduğunuzu kanıtlayacak şeyi söyle ve en ucuz testi öner.

Beyaz ultrasonik bir anemometre, üç çift sensör kolu, bir rüzgar vanası ve diğer aletler ile birlikte, ıssız bir vadinin üzerindeki bir direğin üstünde.
Whim Moss, İskoçya'da bir ultrasonik anemometre. Rüzgar hızını ve yönünü ses dalgalarıyla ölçer ve hareket eden parçaları yoktur. Bir çatıdan pilot rüzgarı bu gibi aletler ile taçta kaydedecekti. Photo: M J Richardson, CC BY-SA 2.0

Nasıl yardım edebilirsin?

  • Bilgilerinizi getirin. Eğer yukarıdaki alanlardan herhangi birinde çalışıyorsanız, bir görev öneriniz. Modelimizi incelemek için bir saat bile değerlidir.
  • Rüzgarlı bir çatıyı önerin. Sahil, tepe veya açık düzlükte güvenli bir çatıdan erişimi olan yüksek bir bina pilotu ağırlayabilir. Nerede olduğunu ve rüzgarın genelde ne yönden estiğini söyle.
  • Rüzgar verilerini paylaşın. Bir yıl boyunca bir çatıdan, köprüden veya kıyı dikilitaşından alınan rüzgar ölçümleri bize pilot sahayı seçmemizde yardımcı oluyor.
  • Matematiklerimizi kontrol edin. Model açıktır. Eğer bir hata bulursanız, bize söyleyin: pilot bölümden sonra değil şimdi düzeltilmesini istiyoruz.
  • Daha iyi bir fikir önerin. Bunu çözdüğü problem, fizik kontrolü, kWh başına tahmini maliyet ve yanlış olduğunu kanıtlayabilecek en ucuz test ile katkı formunu kullanarak gönderin.

Kaynaklar

  1. Salonvaara, M., Karagiozis, A., Pazera, M. ve Miller, W. (2007). “İnsanların Gözlerinin Arkasındaki Dünya: Neler Öğrendik?”. X-Men’in yapımcısıdır.
  2. Lissaman, P.B.S. (1983). Düşük Reynolds sayısına sahip kanat. 15. Yıllık Akışkan Mekaniği Dergisi, 223-239.
  3. Howey, D.A., Bansal, A. ve Holmes, A.S. (2011). Enerji toplamak için santimetre ölçekli bir rüzgar türbininin tasarımı ve performansı. Smart Materials and Structures 20, 085021.
  4. Federspiel, C.C. ve Chen, J. (2003). Hava ile çalışan sensör. Proceedings of IEEE Sensors 2003, 22-25.
  5. (İngilizce) ^ Newman, B.G. (1986). Rüzgar türbinleri için çoklu aktüatör-disk teorisi. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 24, 215-225.
  6. (İngilizce) ^ A. N. et al. (2026). Wind Energy Science 11, 2037-2051, ölçülen çift rotor kazançlarının bir incelemesi dahil.
  7. Öztürk, K., Ragni, D. ve diğerleri. (2017). Pervane itici sistemleri için döngü geri kazanım vanelerinin tasarımı ve deneysel doğrulanması. AIAA 2017-3571.
  8. Ohya, Y. ve Karasudani, T. (2010). Rüzgar-lens teknolojisiyle yüksek çıkış gücünü üreten bir rüzgar türbini. Energies 3(4), 634-649.
  9. Van Bussel, G.J.W. (2007). The science of making more torque from wind: diffuser experiments and theory revisited (İngilizce). Journal of Physics: Conference Series 75, 012010.
  10. (İngilizce) ^ Gipe, P. (2017). Kiwi emeklilik fonu Ogin ducted türbin fiaskosunda 50 milyon dolar kaybetti.
  11. Giguère, P. ve Selig, M.S. (1998). Küçük yatay eksenli rüzgar türbinleri için yeni aerofoils. Journal of Solar Energy Engineering 120(2), 108-114.
  12. Kishore, R.A., Coudron, T. ve Priya, S. (2013). Küçük ölçekli rüzgar enerjisi taşınabilir türbin (SWEPT). Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 116, 21-31.
  13. (İngilizce) ^ Tamaro, S., Campagnolo, F. and Bottasso, C.L. (2024). Bir rotorun doğrulanmamış gücünün ve kontrolünün üzerinde: Kosinüs yasasının ötesinde. Rüzgar Enerjisi Bilimi 9, 1547-1575.
  14. Richmond-Navarro, G., Uchida, T. ve Calderón-Muñoz, W.R. (2022). Yawed turbulent akış koşullarında örtülü rüzgar türbini performansı. Wind Engineering 46, 518-528.
  15. Mertens, s. (2006). Rüzgâr enerjisi inşa edilmiş çevrede: binaların yoğunlaştırıcı etkisi. PhD tezi, TU Delft (Mertens’in ardından, 2003, Wind Engineering 27(6)).
  16. (İngilizce) ^ Encraft, (2009). Warwick Wind Trials final report.
  17. Pacific Northwest National Laboratory (2025, 2026) (İngilizce). Dağıtılmış rüzgar pazar raporları ve teknoloji veri güncellemeleri.
  18. ABD Enerji Bakanlığı ve NREL (2025). Güneş fotovoltaik sistem maliyet referansları, Q1 2025: ticari çatıda $1.95 to $W başına 1.98.
  19. Lazard (Haziran 2026). Levelized Cost of Energy+, sürüm 19.
  20. US Energy Information Administration (2025). Sektörlere göre ortalama elektrik fiyatı, 2024Eurostat, Elektrik fiyatları istatistikleri.
  21. (İngilizce) ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z (2013). Kuzey Amerika’da bulunan rüzgar santrallerindeki kuş çarpışma ölümlerinin tahminleri. Biyolojik Koruma 168, 201-209.
  22. (İngilizce) ^ Loss, S.R., Will, T., Loss, S.S. and Marra, P.P. (2014). Amerika Birleşik Devletleri’ndeki kuş-inşaat çarpışmaları. The Condor 116(1), 8-23.
  23. Grant, A., Johnstone, C. ve Kelly, N. (2008). Urban wind energy conversion: the potential of ducted turbines (İngilizce). Renewable Energy 33(6), 1157-1163. Ayrıca test edeceğimiz bir diğer fikir de: parapet üzerinden geçip, cephe ve çatının arasındaki basınç farkı ile hareket eden borular.