Główny element siłowni wiatrowej to wirnik przekształcający energię wiatru w energię mechaniczną, z której z kolei generator produkuje energię elektryczną. Osadzony na wale wolnoobrotowym wirnik posiada zwykle trzy łopaty, wykonane ze wzmocnionego poliestrem włókna szklanego. Wirnik obraca się najczęściej z prędkością od 15 do 30 obrotów na minutę. Prędkość ta zostaje następnie zwiększona przez przekładnię do 1500 obrotów na minutę. Przekładania połączona jest z wałem szybkoobrotowym, a ten z kolei z generatorem.

Generator, przekładnia, a także monitorujący siłownię system sterowania oraz układy smarowania, chłodzenia i hamulec umieszczone są w gondoli, zamocowanej wraz z wirnikiem na stalowej wieży o wysokości od 30 do 100 m. Na szczycie wieży znajduje się silnik i przekładnia zębata, których zadaniem jest obracanie wirnika i gondoli w kierunku wiatru. Budowa siłowni wiatrowych o niewielkich mocach jest znacznie prostsza. Nie posiadają one na przykład mechanizmów ustawienia łopat, a ich konstrukcja umożliwia wyłączenie elektrowni poprzez pionowe ustawienie wirnika.

schemat turbiny wiatrowej

Turbiny wiatrowe są wyposażone w układ kontroli, który pozwala uniknąć mechanicznego uszkodzenia elektrowni i umożliwia jak najefektywniejsze wykorzystywanie jej potencjału. Na przykład turbiny wiatrowe na farmie w Crookwell w australijskiej prowincji Południowa Nowa Walia (nawiasem mówiąc, była to pierwsza australijska farma wiatrowa podłączona do sieci energetycznej) są wyłączane, gdy prędkość wiatru przekracza 72 km/h. Komputerowy system kontroli, korzystający z danych dotyczących kierunku i prędkości wiatru pozwala im także kierować się zawsze w odpowiednią stronę.

Rodzaje turbin

Turbiny o poziomej osi obrotu

Najbardziej rozpowszechnione są turbiny o poziomej osi obrotu, składające się z wysokiej wieży, zakończonej przypominającym śmigło wirnikiem. Wirnik posiada zwykle trzy łopaty, choć istnieją także konstrukcje, w których łopat jest mniej – dwie lub nawet jedna – bądź więcej – przykładem mogą być kilkunastołopatowe wiatraki amerykańskie, używane do napędzania pomp wodnych. By osiągnąć maksymalną efektywność, turbiny o poziomej osi obrotu muszą być zwrócone dokładnie w kierunku wiatru, umiejscowienie wirnika w stosunku do wiejącego wiatru może być jednak różne. Wśród turbin o poziomej osi obrotu wyróżnia się:

• turbiny, w których wirnik znajduje się przed masztem
• i turbiny, o wirniku zamocowanym za masztem.

To ostatnie rozwiązanie nie jest zbyt popularne z uwagi na straty powodowane częściowym zacienianiem wirnika przez maszt.

Turbiny o pionowej osi obrotu

Niewielki procent wszystkich turbin wiatrowych stanowią turbiny o pionowej osi obrotu. Ich przykłady to:

• przypominająca z wyglądu trzepaczkę do ubijania piany turbina Darrieusa, wynaleziona we Francji w latach 20. minionego wieku oraz
• wynaleziona w Finlandii turbina Savoniusa, która widziana z góry kształtem przypomina literę „s”.

Turbina ta nie powinna być stosowana w rejonach o nie najlepszych warunkach wiatrowych, ponieważ nie może osiągać prędkości większej, niż prędkość wiejącego w danej chwili wiatru. Mniej wydajna niż turbina o poziomej osi obrotu, osiągająca małe prędkości turbina Savoniusa nie nadaje się do produkcji energii elektrycznej, może być za to wykorzystywana do mielenia ziarna, pompowania wody i wielu innych zadań.