Übergreifend

Regenerative Energieversorgung

Windräder

  • Was sind die Quellen für erneuerbare Energien?
  • Wie nutzen wir die Sonnenenergie?
  • Woher kommen Wind- und Wasserkraft?
  • Wie sieht die Energiegewinnung der Zukunft aus?

Windräder

Moderne Windkraftanlagen

Bei den modernen Windenergieanlagen unterscheidet man auch wieder Anlagen mit Vertikal- bzw. Horizontalachse.

Vertikalachsen-Konverter

Darrieus-Rotor
H-Rotor

Die Geräte mit Vertikalachse haben den Vorteil, dass sie auch bei stark wechselnden Windrichtungen noch eingesetzt werden können. Sie haben jedoch den Nachteil, dass die windnutzenden Flächen auf der rücklaufenden Seite gegen den Wind zurückgeführt werden müssen. Die Geräte mit vertikaler Achse laufen meist nicht von selbst an, d.h. man braucht Fremdenergie zur Betriebsaufnahme.

Horizontalachsen-Konverter

Windkraftanlage schematisch
Der Horizontalachsen-Schnellläufer mit zwei oder drei Rotorblättern hat sich inzwischen weitgehend durchgesetzt. Er ist das wirtschaftlichste System zur Wandlung von Windenergie in elektrische Energie. Die Abbildung zeigt die wichtigsten Bauteile der Gondel einer solchen Anlage.

  • Anemometer: Das Windrädchen auf der rechten Seite misst die Windgeschwindigkeit und gibt diese Information an einen Regler weiter. Dieser schaltet die Anlage an, wenn die Windgeschwindigkeit hoch genug ist und schaltet die Anlage aus, wenn die Windgeschwindigkeit zu hoch (> 25 m/s) ist, um eine Zerstörung des Konverters zu vermeiden.

  • Rotor: Die großen Windkraftanlagen haben meist drei Rotorblätter. Die Länge der Rotorblätter variiert je nach Anlagentyp. Bei den größten Anlagen können sie 39 Meter lang sein. Das ist so hoch wie ein 13-stöckiges Gebäude.

  • Getriebe: Die relativ langsame Umdrehung des Rotors (typischer Wert: 22 Umdrehungen/Minute) wird durch das Getriebe in eine schnellere, für den Generator geeignete Drehzahl (1500 Um./Min.) umgewandelt.

  • Generator: Ähnlich wie ein Dynamo wandelt er die Rotationsenergie in elektrische Energie um.

  • Windfahne: Sie stellt sich immer in den Wind. Sie gibt dem Regler die Information über die Windrichtung. Der Regler veranlasst bei Änderung der Windrichtung, die Nachführung des Rotors.

  • Bremssystem: Zur Abbremsung des Rotors verschlechtert man die Aerodynamik der Rotorblätter, indem man z.B. die Spitze der Blätter verdreht. Für Notfälle hat man noch eine mechanische Bremse (vgl. Bild) zur Verfügung.

  • Leistungsanpassung: Eine Anlage ist für eine bestimmte Windgeschwindigkeit z.B. 15 m/s optimal ausgelegt. Wird der Wind zu stark, muss die Leistungsaufnahme begrenzt werden. Dies geschieht durch eine Verdrehung der Rotorblätter oder durch eine besondere Formgebung der Rotorblätter. Im letzteren Fall verändert sich bei hohen Windgeschwindigkeiten die Luftströmung um die Blätter zu einer turbulenten Strömung, so dass der Antrieb des Rotors nicht mehr optimal ist.

Wenn Du mehr über Winkonverter wissen willst, so erfährst sehr viel und altersgemäß aufbereitet unter der Adresse: http://igwindkraft.at/kinder/index.php

Die technische Entwicklung der Windkonverter hat in jüngster Zeit große Fortschritte gemacht. Wie man sich durch Abschätzungen überlegen kann, beträgt der optimale Wirkungsgrad (Verhältnis von Rotationsenergie des Rotors : Windenergie) einer Windenergieanlage ca. 60%. Die folgende Tabelle zeigt, wie die Entwicklung der Windräder sich langsam diesem optimalen Wirkungsgrad annähert.

Typ Rotordurchmesser typische Drehzahl / s typische Leistung Wirkungsgrad
historische Windmühle < 10m 0,5 5 kW 15%
moderner Vertikalachs-Konverter < 10m 1 1-10 kW 35%
moderner Vielblattkonverter < 10m 1 1-50 kW 40%
moderner 2-3-Blatt Konverter < 100m 0,3 - 2 kW - MW 46%

Wenn du fortgeschritten und sehr interessiert bist und mehr über die Berechnung der Leistung eines Windrades erfahren möchtest, kannst du dir hier weitere Informationen einblenden lassen.

Unter den regenerativen Energiequellen hat die Windenergie in Deutschland den stärksten Zuwachs in der Nutzung. Auch im weltweiten Vergleich der installierten Kapazitäten steht Deutschland vor den USA an erster Stelle.

In Windparks mit leistungsfähigen Anlagen kann inzwischen die kWh Strom zu einem Preis von knapp 6 Eurocents produziert werden.

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