Лопаті вітрогенератора мають форму, що дозволяє отримати максимальний ефект від сили вітру при мінімальних витратах. В першу чергу, конструкція обумовлена аеродинамічними вимогами. Але економіка означає, що форма леза є компромісом, який утримує вартість створення в розумних межах. Зокрема, лопаті, як правило, товще оптимального аеродинамічного розміру у ротора, де напруга через вигину є максимальним.
Процес проектування лопатей починається з "кращого припущення" компромісу між аеродинамічній і структурної ефективністю. Вибір матеріалів також впливає на допустиму товщину (близьку до аеродинамічний ідеальної), яку можна створити. Наприклад, препреги з вуглецевого волокна жорсткіше і сильніше переплітаються з волокнами скла. Обрана аеродинамічна форма призводить до навантажень, які подаються в конструкції. Проблеми, виявлені на даному етапі, можуть використовуватися для зміни форми, якщо необхідно, з перерахунком аеродинамічних показників.
Це може здатися очевидним, але розуміння фізики вітру має фундаментальне значення для конструкції вітрогенератора. Доступна продуктивність змінюється пропорційно швидкості вітру в кубічної ступеня, тобто подвоєна швидкість вітру означає збільшення продуктивності в вісім разів. Ось чому місце установки повинне вибиратися особливо ретельно: швидкість вітру 5 м / с мало корисна. Навпаки, сильні пориви забезпечать надзвичайно високий рівень потужності. Але економічно не вигідно будувати машини, розраховані на пікову швидкість, оскільки їх потенціал буде витрачатися даремно більшу частину часу. Звідси випливає, що ідеальним варіантом є місцевість зі стійким вітром і машина, здатна працювати більшу частину часу при легкому вітрі, а також витримувати сильні пориви.
Щодня вітер змінюється щосекунди через турбулентність, викликаної особливостями рельєфу, зміною температур і погоди. Його сила також змінюється в залежності від висоти, чим вище над землею - тим більше швидкість вітру. Всі ці ефекти призводять до різних навантажень на лопаті генератора, характер обертання. Конструкція повинна справлятися з усіма можливими умовами, які рідко бувають оптимальними.
Отримуючи енергію. вітрогенератор і сам впливає на вітер: з підвітряного боку повітря рухається повільніше, ніж проти вітру. Вітер починає сповільнюватися навіть перш, ніж досягне лопатей, зменшуючи швидкість при проходженні через "диск" (уявний коло, утворений лопатями, званий також областю охоплення) і, отже, знижує свою потужність. Таким чином, існує оптимальна кількість енергії, яку можна отримати з певного діаметра диска: занадто великий діаметр сильно уповільнить вітер. Насправді, золотою серединою є зниження швидкості вітру приблизно на дві третини з підвітряного боку вітряка, хоча навіть тоді вітер перед ним втратить близько третини своєї швидкості. Це дозволяє вивести теоретичний максимум можливого захоплення енергії - 59% від потужності вітру (так званий, межа Беца). На практиці, нинішні конструкції дозволяють досягти лише 40-50%.
кількість лопатей
Обмеження доступною потужності вітру означає, що чим більше лопатей, тим меншу потужність можна витягти. А це означає, що кожна лопать повинна бути якомога більш вузької, щоб підтримувати аеродинамічну ефективність.
Звідси також випливає оптимальна щільність: чим вище число лопатей, тим меншою кожна з них повинна бути. На практиці оптимальна щільність є дуже низькою (всього кілька відсотків). Це означає, що навіть якщо є всього три лопаті, кожна з них повинна бути максимально вузькою. Для легкого ковзання по повітрю леза повинні бути також тонкими по ширині.
Це ускладнює створення, оскільки важко зробити досить міцні леза, якщо вони занадто тонкі, або вартість значно збільшиться, при використанні дорогих матеріалів. З цієї причини, найбільші вітряки мають не більше трьох лопатей.
Інший фактор, що впливає на кількість лопатей - естетичний. Як правило, прийнято вважати, що трилопатеві вітрогенератори візуально виглядають менш загрозливо, ніж одно- або двухлопастні конструкції.