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| Zu geringe Geschwindigkeiten können die Rotoren
noch nicht zum Laufen bringen. Windstärken zwischen 3 und 9 Beaufort
können von Windkraftanlagen ausgenützt werden. Zu große
Geschwindigkeiten können Schäden an der Anlage hervorrufen.
Da die Leistung des Windes mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit
anwächst, bedeutet oft eine geringfügige Erhöhung der
Geschwindigkeit einen großen Leistungsgewinn. |
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Windströmungen enthalten Bewegungsenergie, man nennt sie auch
kinetische Energie. Wind kann daher Arbeit verrichten. Die theoretisch
im Wind enthaltene Leistung hängt sehr stark von der Windgeschwindigkeit
ab. Eine Windkraftanlage kann aber dem Wind nicht die gesamte Energie
entziehen. |
Leistungsregelung
Windenergie lässt sich nur bei Windstärken innerhalb
eines bestimmten Bereiches nutzen. Windkraftanlagen sind so ausgelegt,
dass sie bereits bei mittleren Windgeschwindigkeiten ihre Nennleistung
erreichen. Um die Drehzahl des Rotors trotz schwankender Windstärken
annähend konstant zu halten, ist eine Regelung der Leistungsaufnahme
notwendig. |
| Das geschieht durch Verdrehen der Rotorblätter. Die Rotorblätter
werden durch einen eigenen Blattverstellantrieb gesteuert. Bei manchen
Anlagen kann jedes Rotorblatt einzeln verstellt werden. Diese exakte
Leistungsregelung ist für den gleichmäßigen Lauf des
Generators besonders wichtig. |
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Pitch-Regelung
Meist sind größere Windkonverter mit einer automatischen
Rotorblattverstellung ausgerüstet. Bei schwachem Wind werden
die Rotorblätter so eingestellt, dass sie in voller Breite gegen
die Strömung stehen. Bei stärkerem Wind lässt sich
der Einstellwinkel zunehmend reduzieren. Bei Sturm werden die Blätter
parallel zur Windströmung gerichtet, bis sich der Rotor nicht
mehr dreht.
Diese Regelung wird als Pitch-Regelung bezeichnet, abgeleitet vom
englischen "pitch", was so viel wie Neigung bedeutet. Zusätzlich
verfügen diese Anlagen über ein hydraulisch betriebenes
Scheibenbremssystem für den Notfall. |
Stall-Regelung
Bei kleineren Windkraftanlagen sind die Rotorblätter meist
nicht verstellbar. Das aerodynamische Profil der Rotorflügel
ist daher so angelegt, dass bei Erreichen einer bestimmten Windgeschwindigkeit
ein Strömungsabriss an den Rotorblättern erfolgt. Dadurch
werden die Antriebskräfte auf den Rotor reduziert. Diese Regelung
wird als Stall-Regelung bezeichnet, abgeleitet vom englischen "stall",
was so viel wie Abrutschen bedeutet.
Als Betriebs- und Notfallbremse dient eine hydraulisch betriebene
Scheibenbremse.
Als zusätzliche Sicherung gegen Überdrehen befinden sich
an den Rotorblättern aerodynamisch wirkende Bremsklappen, die
bei einer bestimmten Drehzahl des Rotors ausgefahren werden. |
| Schnelllaufzahl und Leistungskennlinien von Windrotoren |
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Für die Leistungsausbeute einer Windkraftanlage
ist die Schnelllaufzahl l sehr wichtig.
Darunter versteht man das Verhältnis aus Umlaufgeschwindigkeit
der Rotorblattspitzen und der anströmenden Windgeschwindigkeit.
Der Rotorleistungsbeiwert kennzeichnet den Wirkungsgrad eines Windrades.
Er ist physikalisch begrenzt und könnte im Idealfall 59 %
betragen. |
| Die modernen drei-, zwei- oder einblättrigen Windrotoren haben
hohe Schnelllaufzahlen, man nennt sie Schnellläufer. Sie haben
große Wirkungsgrade, benötigen aber zum Anlaufen größere
Windstärken. Vielblättrige Rotoren, wie zum Beispiel die
Holländerwindmühle, alte amerikanische Windturbinen oder
der Savonius-Rotor, sind Langsamläufer. Sie benötigen zum
Anlaufen nur geringe Windstärken. |
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