Eredi dei mulini a vento, i sistemi eolici di piccola taglia, anche detti per semplicità mini eolici, sfruttano la risorsa “vento” per produrre energia elettrica. Si dà a questi sistemi il nome di “mini” per differenziarli dai grandi impianti che costituiscono le centrali eoliche, le cosiddette "wind farm". Proprio per effetto delle ridotte dimensioni e della semplicità di installazione si adattano molto bene all’inserimento presso insediamenti esistenti di privati e aziende. In questa vasta famiglia di impianti rientrano sistemi dalle caratteristiche e applicazioni più svariate.
Un impianto eolico è costituito da uno o più aerogeneratori posti ad adeguata distanza gli uni dagli altri - così da non interferire dal punto di vista aerodinamico tra loro – e secondo un disegno sul territorio in funzione dell’esposizione al vento e dell’impatto visivo (su file, a gruppi, …).
Gli aerogeneratori sono collegati, mediante cavi interrati alla rete di trasmissione presso cui viene realizzato il punto di consegna dell’energia.

La tabella sotto fornisce una prima indicazione delle diverse tipologie di turbine eoliche classificate per potenza elettrica nominale e per applicazione.

 

Una tipica macchina eolica,al di là delle particolarità dei modelli e degli sviluppi tecnologici apportati in modo differenziato da alcune aziende costruttrici, è composta come di seguito descritto.


Le pale della macchina (comunemente in numero da uno a tre) sono fissate su di un mozzo e, nell’insieme, costituiscono il rotore. Il mozzo, a sua volta, è poi collegato ad un primo albero – albero lento – che ruota alla stessa velocità angolare del rotore e, dopo il collegamento ad un moltiplicatore di giri, si diparte un albero veloce che ruota invece con velocità angolare data dal prodotto di quella del primo albero per il moltiplicatore di giri. Sull’albero veloce è poi posizionato un freno, a valle del quale si trova il generatore elettrico, da cui si dipartono i cavi elettrici di potenza. Tutti questi elementi sono ubicati in una cabina detta navicella o gondola la quale a sua volta è posizionata su di un supporto-cuscinetto, orientabile in base alla direzione del vento.
La navicella è poi completata da un sistema di controllo di potenza e da uno di controllo dell’imbardata. Il primo ha il duplice scopo di regolare la potenza in funzione della velocità del vento istantanea, così da far funzionare la turbina il più possibile vicino alla sua potenza nominale, e di interrompere il funzionamento della macchina in caso di vento eccessivo. Il secondo invece consiste in un controllo continuo del parallelismo tra l’asse della macchina e la direzione del vento. L’intera navicella è poi posizionata su di una torre che può essere a traliccio o tubolare conica, ancorata al terreno tramite un’opportuna fondazione in calcestruzzo armato.
Gli aspetti caratteristici che differenziano una tipologia di macchina da un’altra, indipendentemente dalla taglia di potenza e quindi di dimensione, sono i seguenti:

  • sistema di controllo della potenza: a passo o a stallo
  • velocità del rotore: costante o variabile
  • presenza o assenza del moltiplicatore di giri

Configurazione delle turbine

La stragrande maggioranza dei microgeneratori è ad asse orizzontale con il rotore sopravento rispetto alla torre (il vento incontra prima le pale e successivamente il sostegno) ed a conicità nulla (il piano di rotazione delle pale forma una linea parallela ideale con l’orizzontale).
Negli impianti ad asse verticale(immagine a lato), ll rotore si presenta in svariate forme e geometrie sulla base della soluzione tecnica individuata dal singolo produttore.  Tali configurazioni hanno caratteristiche interessanti in termini di robustezza e silenziosità anche se in genere sono più costosi dei precedenti.
Esistono diverse configurazioni di turbine eoliche: monopala, bipala, tripala, multipala. All’aumentare del numero di pale diminuisce la velocità di rotazione, aumenta il rendimento e cresce il prezzo.
Escludendo il monopala e il multipala che hanno applicazioni particolari, il mercato si è concentrato sul bipala e tripala, orientandosi prevalentemente su quest’ultima configurazione in quanto caratterizzata da coppia motrice più uniforme (e quindi di durata maggiore), energia prodotta leggermente superiore (cioè rendimento maggiore in linea di principio), nonché, a detta di molti, minore disturbo visivo, in virtù di una configurazione più simmetrica e di una minore velocità di rotazione, più riposante per gli occhi di chi la osserva.

 Materiale di composizione delle pale

La maggior parte delle turbine minieoliche utilizza pale realizzate in materiale composito: poliestere di vetro rinforzato, con minor frequenza fibre di carbonio, e raramente legno. È stato abbandonato l’utilizzo di alluminio a causa della sua propensione alla deformazione sotto sforzo.

 Orientamento

Le dimensioni ridotte delle turbine minieoliche non consentono l’alloggio di motori di imbardata o altre componenti metalliche di cui sono dotate le turbine di taglia media: quasi tutte le miniturbine montano timoni direzionali per orientare il rotore in direzione del vento.

 Robustezza

Per avere un buon rendimento le turbine devono essere posizionate in luoghi sottoposti a venti consistenti: per le macchine minieoliche, date le loro ridotte dimensioni, diventano fondamentali le caratteristiche di robustezza.
L’esperienza porta a dire che vale la scuola del metallo pesante: gli aerogeneratori più pesanti hanno dato prova di maggior robustezza ed affidabilità rispetto a quelli più leggeri. Il peso di una turbina minieolica rapportata all’area spazzata dal suo rotore, la cosiddetta massa specifica, misurabile in kg/mq, è quindi un buon indicatore di scelta tra macchine alternative. Normalmente ad una massa specifica più alta corrisponde un prezzo più elevato.

 Controllo della potenza

In regime di vento forte le turbine devono essere dotate di un sistema di posizionamento passivo del rotore che ne disallinei l’asse rispetto a quello di rotazione della pala. La maggior parte delle micro e miniturbine si ripiega su di una cerniera in modo che il rotore ruoti verso il timone direzionale: alcune in verticale, altre in orizzontale. La velocità del vento a cui avviene il disallineamento e la maniera in cui si verifica dipendono dalla cerniera posta tra timone direzionale e navicella.

 Generatori

La maggior parte delle turbine eoliche impiega alternatori a magneti permanenti: si tratta della configurazione più semplice e robusta. Per le turbine ad uso domestico si trovano le seguenti configurazione di alternatore: magneti permanenti, alternatore convenzionale a campo avvolto, generatore ad induzione.

 Modalità di posa e scelta localizzativa

La localizzazione della turbina dovrà essere valutata facendo un bilancio tra problematiche contrastanti. Da una parte la vicinanza all’utenza può essere penalizzante per la funzionalità della macchina (interferenza al vento dovuta alla prossimità di edifici) oltre che per l’impatto legato all’inevitabile rumore.
D’altra parte la lontananza dall’utenza aumenta i costi di cablaggio ed interramento delle linee elettriche oltre che incrementare la dispersione di energia. Occorre trovare un giusto accordo tra le due esigenze tenendo anche conto dell’importanza di un posizionamento della macchina in sicurezza, in un luogo cioè dove, anche nel caso di cedimento, i danni siano limitati.