RÜZGARIN OLUŞUMU,ÖZELLİKLERİ VE HESAPLAMALARI Yer yüzeyinin gerek duyduğu enerjinin tümü Güneş’ten gelmektedir. Güneş yeryüzüne her saat 100.000.000.000.000 kWh ‘lık enerji yayar. Başka bir deyişle,yer yüzeyi Güneş’ten 1017watt gücünde enerji alır. Güneş’ten gelen enerjinin yaklaşık %1-2 ‘si rüzgar enerjisine dönüşür.Yani rüzgar enerjisi hız enerjisine (kinetik enerjiye) dönüşmüş güneş enerjisidir denilebilir.Karalar, denizler ve atmosfer farklı özgül ısılara sahip oldukları için , güneşten alınan enerji sonrasında farklı sıcaklıklara sahip olurlar. Sıcaklık dağılımı, coğrafik ve çevresel koşullara bağlıdır. Yer yüzeyinde ortaya çıkan sıcaklık ve buna bağlı basınç farklılıkları, rüzgarların oluşmasına neden olmaktadır.
Küresel Rüzgarlar
Ekvator ve çevresi güneş ışınlarının yer yüzeyine geliş açılarındaki farklılıklar nedeniyle, diğer enlemlere göre daha çok ısınırlar. Farklı ısınma ve sıcaklık derecesinden dolayı hava dolaşımları başlamış olur. Sıcak hava soğuk havadan daha hafiftir. Isınma sonucunda sıcak hava yukarı doğru yükselir. Bu yükselme, yaklaşık olarak 10m kadar sürer. Bu yükseklikten sonra kuzey ve güneye doğru hareketlerine devam ederler. Her iki kürede 30 derece enlemlerde, yerin dönmesinden kaynaklanan Corriolis kuvveti hava kütlesinin daha yüksek enlemlere gitmesini engelleyerek kuzeye ve güneye sapmasına sebep olur. Hareket halindeki hava kütlesi dünyanın dönmesinden olayı kuzey yarım kürede sağa, güney yarım kürede sola sapar.Hava kütleleri yüksek basınç alanlarından dolayı tekrar aşağı seviyelere doğru inmeye başlarlar. Kutuplarda da havanın daha soğuk olmasından dolayı yüksek basınç alanları oluşur. Corriolis kuvveti baskın rüzgar yönlerini belirlemede etkisi büyüktür. Tablo da Corriolis kuvvetinden dolayı hakim rüzgar yönlerinin enlemlere göre dağılışı verilmiştir. Bu tablodaki hakim yönler rüzgar türbünü seçimi bakımında önemlidir.
Enlem 90-60 N 60-30 N 30-0 N 0-30 S 30-60 S 60-90 SYön NE SW NE SE NW SE Rüzgara Etki Eden Faktörler Türbülans
Türbülans düzenli olmayan rüzgar akışıdır. Çok engebeli ve pürüzlü arazilerde binalar, ağaçlar vb. engeller çok fazla türbülans yaratır. Türbülans alanı engelin yüksekliğinin 3 katına kadar uzanabilir. Şekil den de görüleceği gibi türbülans engelin arka tarafında daha belirgindir. Türbülans rüzgar türbininde enerji üretim verimliliğini azaltır ve türbin de yıpranma ve hasarlara yol açar. Bu nedenle düşük türbülans yoğunluğu rüzgar türbinlerinin ömürlerinin daha uzun olmasını sağlar.
Tünel Etkisi Rüzgarın binalar arasından ve dağlar arası dar geçitlerden geçerken hızı artar. Buna tünel etkisi denir. Rüzgar hızı açık alanlarda 6 m/s ise, bu tür yerlerden geçerken 9 m/s kadar yükselebilir. Bir tünele kurulan bir rüzgar türbini, çevre alanlardakinden daha yüksek rüzgar hızlarını yakalama şansına sahip olacaktır. İyi bir tünel etkisi sağlamak için, tünelin arazi içine ‘ mükemmel ‘ olarak girmiş olması gerekir . Tepeleri çok sert ve düzgün olmayan bir durumda ise, o alanda türbülans çoktur, yani rüzgar (yönü çok fazla değiştiğinden ) dönmekte olacaktır. Türbülansın çok olduğu yerlerde rüzgar hız avantajı tamamen olumsuz etkilenir. Sürekli değişen rüzgarlar türbinlerde yırtılma, çatlama gibi zararlara sebep olabilir. Tepe Etkisi Rüzgar türbinleri rüzgar hızından daha iyi biçimde yararlanmak için yerleştirilecek en uygun mekanlar tepelerdir. Tepelerde rüzgar hızları çevreye göre daha yüksektir. Fakat düzgün ve pürüzlü tepelerde,rüzgar hızının artması bir avantaj oluşturmasına rağmen ,türbülans meydana gelmesi bunu tümüyle ortadan kaldırır. Şekil de rüzgar türbini için uygu olan ve olmayan arazi özellikleri gösterilmiştir. 
Park Etkisi Ve Kuyruk Yeli Etkisi Rüzgar tarlalarındaki her bir türbün rüzgarın hızını azaltır. Bu sebeple türbünler hakim rüzgar yönüne göre yerleştirilmeliler. Genel olarak rüzgar tarlalarında türbünler arası uzaklık hakim rüzgar yönünde ise 5-9 rotor çapı, bu yöne dikse 3-5 rotor çapı kadar bir uzaklığa yarleştirilmeliler. Var olan park etki sebebiyle rüzgar tarlalarında %5 lik bir enerji kaybı olur.Türbüne gelen rüzgar, türbünden çıktıktan sonra arka kısımda uzun bir aralıkta türbülans oluşturur. Bu da ikinci sırada yerleştirilen türbünlerde kuyruk yeli etkisi yapar. Bunu önlemek ikinci sıradaki türbünler birinci sıradakilerden daha uzağa, yaklaşık 3 rotor, kurulmalıdır. Genellikle, aşağıdaki şekildeki gibi yerleştirilirler. 
2. Yüzey Şekillerinin Etkisi Rüzgar 1 km’lik yüksekliğe kadar yeryüzü engebeliğinden etkilenir. Engebelik ne kadar fazla ise rüzgar hızında da azalmalar o kadar fazla olur. Tablo de farklı yüzeylerin verilen pürüzlülük değerlerine göre, su yüzeyi, rüzgarı daha az etkileyen en pürüzsüz yüzeydir. Rüzgar türbününün enerji verimliliği de uygun rüzgar koşullarını değerlendirmek için arazilerin pürüzlülük bağlı katsayıları büyük önem taşır. 
Rüzgar Hızının Değişimi Atmosferik Sınır Tabaka Atmosferik sınır tabaka, yüzeydeki değişiklerden en fazla etkilenen ve bu etkilenmeye hızlı bir şekilde tepki veren atmosferin yüzey tabakası olarak tanımlanmaktadır. Atmosferik sınır tabakada, momentum, ısı ve kütle alış verişi meydana gelir. Rüzgar enerjisinde kullanılan rüzgar eşitlikleri atmosferik sınır tabaka için geliştirilmiştir. Rüzgar Hızı Kestirimleri Rüzgar hızı profili,rüzgar hızını düşey değişimi, türbin yüksekliği baz alınarak iki şekilde bulur. Hellman üstel eşitliği; V(z)=Vr(z/zr)α z :yerden yükseklik V(z):z yüksekliğindeki rüzgar hızı zr :referans ölçüm yüksekliği Vr :zr yüksekliğindeki rüzgar hızı α :pürüzlülük katsayısı Logaritmik fonksiyon; V(z) = ln(z/z0) V(10) ln(10/z0) z :yerden yükseklik V(z) : z yüksekliğindeki rüzgar hızı V(10):10 m yükseklikteki rüzgar hızı z0 :pürüzlülük uzunluğu Rüzgarın Değerlendirilmesi Meteorolojik ölçümler sonucu elde edilen rüzgar verileri uzun vadeli rüzgar kayıtları elde etmek ayrıca, farklı site ve farklı yüksekliklerdeki rüzgar özelliklerini belirlemek için değerlendirmeye alınır. Değerlendirmede, çeşitli rüzgar hızı olasılık dağılımları ve bunları matematiksel olarak modellemekte kullanılan fonksiyonlara başvurulur.Bu fonksiyonlardan en çok kullanılanlar dan biri de Weibull Dağılımıve Rayleigh Fonksiyonu dır. Weibull Dağılımı, rüzgarın belirli bir periyottaki değişimi ve dağılımının bulunmasında kullanılan iki parametreli bir ifadedir. Eğer bir yıl boyunca rüzgar ölçülürse ,rüzgarın hangi şiddet değerinde ve hangi sıklıkta estiğini gösteren grafik aşağıdaki şekildeki gibi olacaktır. Bu dağılımın altında kalan alanın toplam olabilirliği “1” dir.
kaynak
