Vertikale Kleinwindanlagen - einzigartige Form der Stromerzeugung.
Was unterscheidet vertikale
Windkraftanlagen von horizontalen Windkraftanlagen? Was sind die Besonderheiten
von vertikalen Windkraftanlagen, was unterscheidet diese Bauform von
herkömmlichen Kleinwindkraftanlagen? Vertikale Windkraftanlagen sind nicht nur aufgrund
ihres schönen Designs sehr beliebt. Das ist auch technologischer Sicht der
Hauptunterschied. Es gibt aber noch weitere.
Vertikale Windturbinen stellen eine einzigartige Form der Stromerzeugungstechnologie
dar. Dank ihrer senkrechten Achse erzeugen vertikale Windkraftanlagen sehr
wenig Geräusche. Sie sind "gierfrei".
Bauformen: Darrieus-Rotor.
Einflussfaktoren der Wirtschaftlichkeit.
Darrieus-Rotoren:
- können hohe Wirkungsgrade erreichen
- Schwingungen und Resonanzen bei hohen Masten aufwändig zu beheben
- Sturmsicherung und Regulierung aufwändig
- es gibt einzelne zertifizierte Anlagen (IEC 61400-2)
- können sehr leise sein
- einfache Wartung am Boden
In den letzten Jahren wurden
viele Windturbinen mit vertikaler Achse entwickelt. In Bezug auf den
Wirkungsgrad bleiben vertikale Windturbinen hinter den Windenergieanlagen mit
horizontaler Achse zurück. Bei mittleren bis höheren Windgeschwindigkeiten sind
ihre Möglichkeiten zur Energieerzeugung jedoch begrenzt. Sie benötigen
möglicherweise eine externe Stromquelle, um in Betrieb zu gehen, und sie nutzen
die höheren Windgeschwindigkeiten in höheren Lagen nicht aus.
Neueste Forschungsergebnisse zeigen nun aber, dass diese Art Windturbinen
besser für Windparkanlagen und den Einsatz in Städten geeignet sein könnten.
Vertikale Windturbinen sind in der Regel eher kleine Windturbinen, die sich durch eine senkrecht zum Boden stehende Rotationsachse auszeichnen. Daher können diese Windturbinen unabhängig von der Windrichtung arbeiten. Gerade dies ist ein großer Vorteil für städtische Anwendungen, weil sich hier die Windrichtung schnell ändern oder stark schwanken kann.
Kleine Windturbinen mit vertikaler Achse sind noch nicht in großer Zahl auf dem Markt erhältlich. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um die Leistung der Windturbine, die elektrische Energieumwandlung, die Zuverlässigkeit und die Gesamtwirtschaftlichkeit zu verbessern.
Windturbinen mit vertikaler Achse wurden entwickelt, um die überstrichene Fläche zu vergrößern und die Stromerzeugungskapazität zu erhöhen. Dabei sollte die Schönheit des ursprünglichen Designs erhalten bleiben. Da sich die Hauptkomponenten wie Generator und Getriebe sehr nahe am Boden befinden, ist es sehr einfach, die Turbine zu warten. Dadurch werden die Wartungskosten gesenkt.
Die Grundkonstruktion von Windturbinen mit vertikaler Achse erfordert nicht, dass die Windturbinen in die Windrichtung ausgerichtet werden muss. Das spart Platz. Und die Windmess- und Ausrichtungsmechanismen entfallen ganz. Windturbinen mit vertikalen Achsen werden immer beliebter als Mittel zur Erzeugung von lokalem Strom, insbesondere bei Neubauten. Der Vorteil von Turbinen mit vertikaler Achse ist, dass sie viel näher am Boden platziert werden können und ideal sind für Aufdachanlagen. Wenn eine Turbine auf einem Dach montiert ist, leitet das Gebäude den Wind im allgemeinen über das Dach um, wodurch sich die Windgeschwindigkeit an der Turbine verdoppeln kann. Wenn die Höhe des auf dem Dach montierten Turbinenturms etwa 50 Prozent der Gebäudehöhe beträgt, liegt dies nahe am Optimum für maximale Windenergie und minimale Windturbulenzen.
Darrieus-Konstruktionen sind die gängigste Form der Windturbinen mit vertikaler Achse. Frühe Beispiele, wie die von FloWind hergestellten und an den kalifornischen Pässen Altamont und Tehachapi in Kalifornien eingesetzten Anlagen, wurden in den 1980er Jahren gebaut und betrieben. Mitte der 1980er Jahre hatte FloWind Anlagen mit 95 Megawatt (MW) installiert, die in Spitzenzeiten bis zu 100 Millionen Kilowattstunden produzierten (Gipe, 2009). Aufgrund von Ausfällen der Anlagen und einer geringer als erwarteten Energieproduktion wurden jedoch alle diese Systeme Mitte der 1990er Jahre abgeschaltet (Gipe, 2009).
Von oben betrachtet sieht eine Turbine mit einem Savonius-Rotor wie zwei Löffel aus, die in entgegengesetzte Richtungen weisen und in der Mitte mit der Rotorachse verbunden sind (wodurch im Querschnitt eine S-Form entsteht. Aufgrund ihrer Krümmung ist der Luftwiderstand der konkaven Oberfläche höher als der Luftwiderstand der konvexen Oberfläche, was den Rotor zum Drehen zwingt, wenn die Löffel dem Wind ausgesetzt sind. Mit anderen Worten, die "Schaufeln" erfahren einen geringeren Widerstand, wenn sie sich gegen den Wind bewegen, als wenn sie sich mit dem Wind bewegen, wodurch ein Unterschied entsteht, der die Turbine zum Drehen bringt.