Welche Windradarten gibt es? Welche Windradarten gibt es?

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1 Welche Windradarten gibt es? Zunächst sind da die klassischen Windräder mit waagerechter Nabe, an der vorne die Rotorflügel befestigt sind. Hinten sorgt eine Windfahne, oft an einer langen Stange befestigt, für die richtige Stellung des gesamten Windrades zum Wind. Dazu ist die Gondel horizontal drehbar gelagert. Die Großwindräder brauchen keine solche Windfahne, weil sie mit Elektromotoren in den Wind gedreht werden. An der Nabe sitzt in der Gondel manchmal ein Getriebe, das den Stromgenerator antreibt. Kleine Windräder und immer häufiger auch die großen kommen ohne Getriebe aus, bei ihnen wird der Generator direkt von der Flügelnabe angetrieben. Große Windräder werden bei Sturm durch Flügelverdrehen und Scheibenbremsen abgebremst. Bei kleineren Windrädern geschieht dies elektrisch oder durch mechanisches Wegdrehen aus dem Wind. Einige kippen auch nach oben ( Helikopterstellung ).

2 Wie schnell sich ein Windrad dreht und wie stark es ist, hängt von der Flügelzahl, der Flügelgröße und Flügelform ab. Die alten Windmühlen hatten erst viele, dann nur noch vier Flügel. Sie waren anfangs mit Holzlatten, später mit Segeltuch bespannt und drehten sich sehr langsam. Mit langen Holzstangen musste der Windmüller mit viel Kraftaufwand den oberen Mühlenaufbau immer wieder der Windrichtung nachdrehen, damit die Flügel den vollen Wind bekamen. Bei Sturm wurde die Mühle aus dem Wind gedreht oder die Flügelachse blockiert. Trotzdem kam es immer wieder zu Sturmschäden. Nur zum Wasserpumpen wurden die vielflügeligen Westernwindräder entwickelt, die wohl jeder aus den Westernfilmen kennt. An einem Holzgestell drehten sich viele einzeln befestigte und schräg gestellte Bretter oder Blechstreifen um eine Achse, die über eine gekröpfte Stange eine Aufund Abbewegung für die Pumpe erzeugte. Ohne diese langlebigen Windräder wäre das Leben auf den Farmen oder den riesigen wasserlosen Rinderweiden unmöglich gewesen. Für die Stromgewinnung sind sie wegen des langsamen Laufs nicht geeignet. Solch ein Westernradmodell können wir mit einfachen Mitteln nachbauen.

3 Mit weniger Flügeln kommen die modernen Hochleistungswindräder oder die mittlerweile industriell gefertigten Kleinwindräder aus: Da findet man in den Windparks Ein - Blatt - Rotoren, Zwei - Blatt - Rotoren, aber am häufigsten die mit drei Rotorblättern. Der Ein - Blatt - Rotor wäre die preiswerteste Variante, Probleme macht aber die genaue Auswuchtung des Flügelgegengewichts. Einfacher zu fertigen sind die Rotoren mit 2 Blättern, die den schlechteren Anlauf durch längere Flügel ausgleichen müssen. Damit verbunden ist ein lauteres Betriebsgeräusch. Sie laufen aber meist ohne Vibrationen, weil die Eigenverwirbelung der Flügel weniger stört. Denn je schneller ein Windrad dreht, umso eher trifft der einzelne Flügel auf die Turbulenzen des vor ihm drehenden Flügels. Deshalb ist der Drei - Blatt - Rotor am meisten verbreitet, denn er startet bei verhältnismäßig geringem Wind, läuft ruhig und kann die Windenergie mit dem derzeit besten Wirkungsgrad umwandeln. Dabei müssen die Kleinwindräder bis 5 kw mit Drehzahlen bis über 1000 Umdrehungen pro Minute arbeiten, was eine robuste Bauweise voraussetzt und wegen der starren Flügel Geräusche verursacht, die stören können. Eine Flügelblattverstellung ist bei kleinen Windrädern technisch zu aufwändig und störanfällig. Deutlich leiser laufen die Großwindräder, die mit Flügelblattverstellung und Getriebe mit geringeren Drehzahlen auskommen können.

4 Eine andere eher exotische Gruppe von Windrädern lässt die Flügel um eine senkrechte Achse drehen: Der wohl bekannteste Windradtyp ist der Savonius- Rotor, der von Kapitänleutnant Sigurd Savonius Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt wurde. Über diese besondere Art der Vertikalachsen-Windkonverter sind in Fachbüchern und im Internet allerlei Wunderdinge zu lesen. Doch bei ihm ist am deutlichsten der Nachteil der Senkrechtachser zu sehen: Ein Teil des S - förmig gebogenen Rotors wird vom Wind angetrieben und dreht sich um die senkrechte Achse, der andere Teil muss sich aber im Gegenzug gegen den Wind drehen, dadurch wird ein Großteil der Drehenergie wieder aufgehoben. Vorteile sind die Unabhängigkeit von der Windrichtung und die niedrige Drehzahl (Geräusch), dafür ist die Leistung, die über ein Getriebe oder einen Zahnriemen an den Generator abgegeben wird, sehr gering. Nur etwa 10 % der Windenergie können durch diesen Windradtyp genutzt werden (Dreiflügler nutzen über 30 %). Findige Bastler verschließen mit allerlei Konstruktionen deshalb die Seite des Rotors, die dem Wind entgegendreht. Der Wind strömt dann nur durch eine meist trichterförmige Öffnung. Dann muss allerdings die gesamte Konstruktion dem Wind nachgeführt werden, was eine aufwändige Lagerung erfordert. Es heult bei Starkwind gewaltig und außerdem sieht das Ganze ziemlich unförmig aus.

5 Über Patente soll es zum Savonius - Rotor bisher geben, auch das Autorenteam bekommt immer wieder tolle Ideen von Erfindern vorgelegt, doch für die Energiegewinnung ist der Savonius - Rotor, trotz aller technischen Veränderungen, ungeeignet. Sonst wären doch unsere Großwindräder längst alle abgebaut und durch diese Senkrechtachser ersetzt. Lediglich als Reklameträger findet man ihn an Tankstellen, an einem Kiosk oder als Entlüfter auf LKWs, Fabrikhallen und Schiffen. Durch die einfache Form lässt sich aber der Savonius - Rotor leicht als Modell nachbauen. Eine Variante des Savonius - Rotors ist der optisch schön anzusehende Darrieus - Rotor, bei dem sich zwei oder mehr bogenförmige Flügel um die lange Mittelachse drehen. Der Franzose George Darrieus hat diesen Senkrechtachser 1931 zum Patent angemeldet. Ein besonderer Vorteil ist, dass die Technik, wie Generator und Getriebe, nicht in einer Gondel in schwindelnder Höhe untergebracht ist, sondern wartungsfreundlich in Bodennähe. Allerdings wird durch diese niedrige Bauweise viel Leistung verschenkt, denn erst in

6 der Höhe bläst der Wind konstant und unverwirbelt. Außerdem müssen die Flügel wegen der Fliehkraft aus besonders hochwertigem Material bestehen, und die senkrechte Mittelachse muss unten und möglichst auch oben gut befestigt sein, weil sie bei Sturm gewaltige Kräfte aufnehmen muss. Auch benötigt der schneebesenförmige Windgenerator eine Anlaufhilfe, meist durch einen auf der Achse montierten kleinen Savonius - Rotor. Aus diesem Grund sieht man verschiedene Varianten des Darrieus - Rotors nur noch auf Testgeländen von technischen Hochschulen. Leichter zu bauen ist eine weitere Variante, der H - Rotor, auch Heidelberg - Rotor genannt. Hier dreht sich auf einem Mast ein H- förmiges Gestell mit senkrechten Windwiderstandsflächen, meistens ist der Generator gleich mit oben am Mast eingebaut. Durch die riesigen Schwungmassen erfordert diese Bauform eine exakte Auswuchtung und Präzision bei der Fertigung der Bauteile für einen schwingungsfreien und gefahrlosen Betrieb. Auch hier fällt wie beim Savonius - Rotor die schwache Leitungsausbeute auf, weil sich Teilmassen wieder gegen den Wind zurückdrehen müssen. Wahrscheinlich reizt es jeden Bastler, einmal Erfahrungen mit einem der beschriebenen Senkrechtachsermodelle zu sammeln, deshalb haben wir einige Bauvorschläge dazu gemacht. Immer wieder tauchen im Internet Abbildungen und Patentschriften von neuen Windrädern mit zum Teil futuristischem Aussehen oder Vorschlägen für die praktische Anwendung in und auf Häusern auf. Da werden ganze Dächer in Savoniusform geplant, so große Türme wie der Eiffelturm mit

7 Superwindrädern in die Landschaft gestellt oder Öltanker mit Windrädern angetrieben. Viele dieser Windradtüftler haben vermutlich von Physik wenig Ahnung, außerdem vergessen sie wohl ganz, dass ja irgendwo in der Nähe der zum Teil gigantischen Stromerzeuger auch noch Menschen leben müssen, die den Strom verbrauchen sollen. Deshalb gefällt uns die Idee eines Patentanmelders besonders gut, der den ganzen Mond mit Superwindrädern vollstellen und die Energie über Suprastrahlen auf die Erde leiten möchte. Seine Vorstellung ist, dass man mit den Antennenschüsseln eines Tages nicht nur Digitalfernsehen, sondern auch den Strom für den häuslichen Bedarf empfangen kann. Das wäre genial - nur leider hat der schlaue Tüftler etwas Entscheidendes übersehen: Wegen der fehlenden Atmosphäre ist es auf dem Mond absolut windstill. Auch gut: Da bleibt wenigstens der Mann im Mond noch länger ungestört!