Entstehung der Windenergie:

Die ungleichmäßige Einstrahlung der Sonnenenergie auf die Erdoberfläche bewirkt eine unterschiedliche Erwärmung der Atmosphäre, der Wasser- und der Landmassen. Auf der Nachtseite der Erde ist es kühler und die Sonneneinstrahlung geringer, in Äquatornähe größer als an den Polen. Schon durch die hierbei entstehendewindkraft voecklabruck 8 20131023 1439597666n Temperatur- und damit auch Druckunterschiede, geraten die Luftmassen zwischen der Zone um den Äquator und den Polen als auch zwischen der Tag- und der Nachtseite der Erde, in Bewegung. Die Rotation der Erde trägt ebenfalls zur Verwirbelung der Luftmassen bei, und die Schiefstellung der Rotationsachse der Erde zur Ebene, die die Erdbahn durch das Umkreisen der Sonne bildet, führt zu jahreszeitlichen Luftströmungen. Die Stärke des Windes hängt in den unteren Luftschichten ganz wesentlich von den dort vorhandenen Landschaftselementen ab (Wasser, Wiese, Wald, Bebauung u.a.). Es kommt zu einer Verringerung der Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Höhe über dem Boden.

Geschichtliches:

Früher wurden in allen Teilen der Welt Windmühlen entworfen und verwendet um mechanische Arbeiten zu verrichten. Windkraftanlagen heute sehen anders aus, was daran liegt, dass sich der Verwendungszweck verändert hat: War früher ein hohes Drehmoment gefragt so ist es heute Geschwindigkeit. Auch die Technik hat sich verändert: moderne Windkraftanlagen arbeiten mit dem Prinzip des aerodynamischen Auftriebs. Die Rotorblätter werden dadurch kleiner, der Wirkungsgrad größer.

Die erste Windkraftanlage mit vertikaler Drehachse wurde um 644 n.Chr in Persien als Mühle betrieben. Wie auch der später entwickelte Savonius-Rotor ist sie ein Widerstandsläufer. Der Druck des Windes wird mit den Flächen des Rotors aufgenommen und in mechanische oder elektrische Leistung umgewandelt.

Vertikalläufer die das Auftriebsprinzip nutzen, wurden erst 1925 von J.M. Darrieus zum Patent angemeldet. Dieser Rotor hat üblicherweise 2 Rotorblätter die oben und unten an der Achse befestigt sind. Da diese Konstruktion dynamisch sehr nervös ist, werden die Rotorblätter im Mittelteil mit Streben fixiert. Eine weitere, oftmals einfachere Lösung, ist der Aufbau als H-Darrieus Rotor.

 

Funktionsweise:

Wie auch bei Flugzeugen wird bei modernen Windkraftanlagen der aerodynamische Auftrieb genutzt: Der Flügel wird oben und unten von bewegter Luft umspült, oben entsteht durch die schnellere Windgeschwindigkeit Unterdruck und zieht den Flügel nach oben. Die Rotorblätter eines Windrads werden so ausgerichtet, dass dieser Sog in die Drehrichtung wirkt.

 

H- Darrieus Rotor
Diese Art der Windkraftanlagen findet in letzter Zeit immer mehr Verbreitung als Kleinwindkraftanlage in Bodennähe.

Vorteile:
- sehr leise
- kann turbulente Windströmungen aufnehmen
- Geringe Masthöhen, Dach und Silomontagen möglich
- keine Windrichtungsnachführung und Rotorblattverstellung notwendig

Nachteile
- geringere Leistungsausbeute bei rein laminarer Strömung ohne Turbulenzen im Vergleich zur horizontalen Windkraftanlage
- Vertikale Windkraftanlagen neigen zu resonanten Schwingungen.