Dünya, havadan oluşan atmosferle çevrilidir. Hava, gaz ile katı ve sıvı parçacıkların bir karışımıdır. Güneşten gelen enerji atmosferi ve Dünyayı dengesiz bir şekilde ısıtır.
Soğuk hava, sıcak havadan daha fazla hava parçacığı içerir. Bu nedenle soğuk hava daha ağırdır ve atmosfere batarak yüksek basınçlı alanlar oluşturur. Sıcak hava atmosferde yükselir ve düşük basınçlı alanlar oluşturur. Hava, alçak ve yüksek basınçlı alanları dengelemeye çalışır - hava parçacıkları yüksek basınçlı alanlardan (soğuk hava) düşük basınçlı alanlara (sıcak hava) doğru hareket eder. Havanın bu hareketi rüzgar olarak bilinir.
Rüzgar aynı zamanda dünyanın hareketinden de etkilenir. Ekseni etrafında döndükçe hava, daha yüksek basınçlı alanlardan daha düşük basınçlı alanlara doğrudan gitmez. Bunun yerine, hava kuzey yarımkürede batıya ve güney yarımkürede doğuya doğru itilir.
Geleneksel olarak rüzgar hızı anemometrelerle ölçülür, anemometreler genellikle dikey bir eksen etrafında dönen rüzgarı yakalayan üç kupadan oluşur. Rüzgar yönü ise windvane ile ölçülür.
Rüzgar verilerini en az bir yıl boyunca ölçtükten sonra, yıllık ortalama rüzgar hızı hesaplanabilir. Rüzgar hızı ve rüzgar yönü istatistikleri bir rüzgar gülünde görselleştirilerek, rüzgar hızının yön başına istatistiksel olarak dağılımını gösterir.
Rüzgar türbini, rüzgarın kinetik enerjisini mekanik veya elektrik enerjisine dönüştüren bir makinedir. Rüzgar türbinleri bir temel, bir kule, bir makine dairesi (nasel) ve bir rotordan oluşur. Temel, türbinin devrilmesini önler. Kule, rotoru ve bir naselitutar.
Motor bölümü ana aks, dişli kutusu, jeneratör, transformatör ve kontrol sistemi gibi büyük ana bileşenleri içerir. Rotor, kanatlardan ve döndükçe onları yerinde tutan göbekten (hub) yapılmıştır.
Kuleler çoğunlukla boru şeklindedir ve çelik veya betondan yapılmıştır. Kanatlar fiberglas, güçlendirilmiş polyester veya ahşap-epoksiden yapılmıştır. Yansıtılan ışığı azaltmak için yüzey gri ve mattır.
Bir rüzgar santrali tasarlarken pek çok faktör vardır. İdeal olarak, alan az engelle hakim rüzgar yönünde olabildiğince geniş ve açık olmalıdır. Görsel etkisinin dikkate alınması gerekir - az sayıda, daha büyük güçlerde türbinler genellikle birçok küçük güçteki türbinlerden daha iyidir.
Türbinlerin bakım ve onarım çalışmaları için gerektiğinde kolayca erişilebilir olması gerekir. Gürültü seviyeleri, çiftliğin ulusal mevzuatta öngörülen ses seviyeleriyle uyumlu olması için hesaplanabilir.
Ardından doğru türbin türü seçilmelidir. Bu, konumun rüzgar koşullarına ve peyzaj özelliklerine, türbin yüksekliği, gürültü seviyeleri ve doğa koruma gibi yerel / ulusal kurallara, deprem gibi ekstrem olayların riskine, türbinleri sahaya taşımanın ne kadar kolay olduğuna ve vinçlerin yerel mevcudiyeti gibi koşullar değerlendirilerek rüzgar santralleri tasarlanır.
Rüzgar türbinleri saniyede 3 ila 4 metre rüzgar hızlarında çalışmaya başlar ve yaklaşık 14-15 metre / saniye hızla maksimum güç çıkışına ulaşır. Çok yüksek rüzgar hızlarında, yani 25 metre / saniye şiddetindeki rüzgarlarda (özel yazılımlar ile bu sınır 34 m / s'ye kadar çıkabilir) rüzgar türbinleri üretimi durdurur ve güvenli pozisyona geçer. Rüzgar santrallerinin yıllık kapasite faktörü ortalaması Türkiye’de bölgelere göre değişkenlik gösterir ve % 25 - % 40 seviyelerindedir.
Bir rüzgar türbini için optimum kanat sayısı, türbinin yapması gereken işe bağlıdır. Elektrik üretmek için türbinlerin yüksek hızlarda çalışması gerekir, ancak çok fazla dönme kuvvetine ihtiyaç duymazlar. Bu makinelerde genellikle üç veya iki kanat bulunur.
Modern ticari rüzgar türbinlerinin çoğunda, optimum miktarda güç ürettikleri için üç kanat bulunur.
İki kanatlı makine daha ucuz ve daha hafiftir, daha yüksek çalışma hızları, dişli kutusu maliyetini düşürür ve kurulumları daha kolaydır. Neredeyse üç kanatlı türbin kadar iyi performans gösteriyorlar farklı dezavantajları vardır; daha gürültülü olabilirler ve görsel olarak çekici olmayabilirler, döndüklerinde 'sarsıntılı' görünürler.
Türbinlerin bazen bakım, bileşenlerin onarımı veya kontrol edilmesi gereken bir arıza olması durumunda durdurulması gerekir. Diğer bir neden çok az veya çok fazla rüzgar olabilir: Rüzgar çok kuvvetliyse, türbinin kapatılması gerekir çünkü hasar görebilir.
Rüzgar türbinleri 20-25 yıl elektrik üretmeye devam edebilir. Yaşamları boyunca 120.000 saate kadar sürekli olarak çalışacaklar. Bu, bir otomobil motorunun 4.000 ila 6.000 saat olan tasarım ömrü ile karşılaştırılır.
Bir rüzgar türbininin çıktısı, türbinin boyutuna ve rüzgarın rotordan geçen hızına bağlıdır.
4 MW kapasiteli ortalama bir rüzgar türbini yılda ortalama 12 milyon kWh enerji üretir. Bu değer ortalama 10.000 Türkiye hanesine elektrik sağlamak için yeterlidir.
Rüzgar türbinlerinin gürültüsü teknolojik gelişmelerle birlikte önemli ölçüde azaltılmıştır. Geliştirilmiş tasarım, mekanik bileşenlerin gürültüsünü büyük ölçüde azaltmıştır, böylece en çok duyulabilir ses, rotor kanatlarıyla etkileşime giren rüzgarın çıkardığı sestir. Bu, hafif bir hışırtı sesine benzer ve günümüzün diğer ekipmanlarından çok daha sessizdir. Genellikle sessiz kırsal alanlarda bile, esen rüzgarın sesi türbinlerden genellikle daha yüksektir.