I. Die Windrad-Technik oder wie funktioniert ein Windrad

Ein Windrad ist eine Maschine, die den Wind nutzt um eine Drehbewegung zu erzeugen. Die dazu benötigen Flügel stehen im Wind und erzeugen am Flügel einen Auftrieb, oder sie setzen dem Wind einen Widerstand entgegen.

Entsprechend dieser sehr unterschiedlichen Effekte bezeichnet man diese Typen auch als Auftriebs- bzw. Widerstandsläufer.

Die großen 3-Flügler Großwindanlagen die jeder kennt, sind Auftriebsläufer.

Nur wenige Anlagentypen sind Widerstandsläufer und man findet sie bei „Vertikal Anlagen“. Aber sie haben bestimmte nützliche Eigenschaften auf die wir später eingehen werden.

Der Auftriebseffekt am Flügel entsteht durch das Profil des Flügels, also durch seine Form. Nehmen wir als Beispiel einen Flugzeugflügel: Hier ist es so, daß die Luft/Wind oberhalb des Flügels etwas schneller über die Oberfläche „fließt“ und so einen Unterdruck erzeugt. Der Flügel wird nach oben gezogen. Und diese Kraft wird immer größer, je schneller die Luft/Wind wird.

Das ist der Grund für die hohen Startgeschwindigkeiten beim Flugzeug, denn das Flugzeug mit mehreren 100t Gewicht soll ja in den Himmel gehoben werden.

Widerstandsläufer sind in einem Satz erklärt:

Wie bei einem Segelschiff schiebt der Wind das „Hindernis“ (in dem Zusammenhang der Flügel) vor sich her. Sie sind niemals schneller als der Wind.

Die Auftriebsläufer allerdings schon. Die Flügelspitzen können ein Mehrfaches der Windgeschwindigkeit haben, daher die Geräusche.

II. Der Wind – wichtige Faktoren die jeder wissen sollte

Wind weht eigentlich nie gleichmäßig. Er weicht seinen Hindernissen aus und erzeugt dort Druck: Es kommt zu turbulenten Verwirbelungen, Windschatten, Unstetigkeit, walzenartigen Zirkulation. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Geländerauigkeit.

Diese Effekte können sehr extrem werden. Tornados sind solche Zirkulationen, die sehr viel Energie innehaben, und deswegen so zerstörerisch wirken. Je näher wir uns an der Erdoberfläche befinden, desto geringer sind die Windgeschwindigkeiten (wegen der Rauigkeit). Die typischen Windgeschwindigkeiten in urbaner Umgebung in Deutschland liegen bei 3-4 m/s im Jahresmittel. In großen Höhen haben wir stärkere Winde. Die Geschwindigkeit des Windes ist wesentlich für ein geplantes Vorhaben, nämlich die Windenergie zu ernten und in nutzbare Energie zu verwandeln.

Aus der Physik ergibt sich:

Verdoppelte Windgeschwindigkeit ergibt 8-fache Energie. Das ist kein linearer Zusammenhang, die Geschwindigkeit geht kubisch (hoch 3) in die Energieformel ein.

Die Gesamtfläche eines Windrads hingegen geht linear in diese Formel ein, d.h. ein Verdoppeln der Flügelfläche bringt eine verdoppelte Energieausbeute. Es spielen noch andere Faktoren eine Rolle, z.B. die Dichte der Luft, Coriolis-Kraft, die in unseren Betrachtungen nur eine zu vernachlässigende Rolle zukommt.

Wichtig zu wissen ist, das sich die Energie des Windes nur zu 59% ernten läßt (Betz´sches Gesetz). Versucht man z.B. 60% abzuernten, geht das nicht und der Wind weicht dem Hindernis (Windrad) aus. Es ist ein natürlicher Grenzwert.

III. Verschiedene Typen von Windrädern

1. Großwindanlagen sind Horizontalanlagen

Wenn wir über Windräder sprechen fallen uns zunächst die Großwindanlagen ein, die zu den sog. Horizontalanlagen gehören (weil die Rotationsachse horizontal verläuft) Mächtige, imposante Rotoren auf teilweise 200m hohen Masten, mit Flügelspannweiten über 100m bei den moderneren Großwindanlagen.

Diese Großwindanlagen gibt es in unterschiedlichen Größen, wobei erst eine Höhe von 200 Metern für einen annehmbaren Wirkungsgrad sorgt.

Großwindanlagen sind aber nicht ganz unumstritten!

„Aus Angst vor Gesundheitsschäden durch Infraschall werden in Dänemark kaum noch große Windenergie-, also Großwindanlagen gebaut. Eine staatliche Untersuchung läuft. Deutsche Behörden spielen das Problem (wie immer?) noch herunter.“

Dieser Großwindanlagen,  die mit ihren hohen Türmen die Gegend verschandeln, erleben in Deutschland derzeit zwar einen „Höhenflug“, gegen den aber mittlerweile mehr als 500 Bürgerinitiativen Front machen. Diese sehen genau wie schon die dänische Bevölkerung, wegen der Schallemissionen die Gefährdung der Gesundheit mit erheblichen Gesundheitsschäden für unmittelbare Anwohner.  

Aber auch der Blick aus dem eigenen Fenster auf so eine Großwindanlage ist nicht unbedingt eine Augenweide. Der Wert der eigenen Immobile mit Ausblick auf diese Monsterturmanlagen, läßt die Wiederverkäuflichkeit massiv sinken.

Natürlich gibt es neben diesen riesigen Windrädern auch kleinere Versionen die dem Häuslebauer und Hausbesitzer suggerieren, du kannst Eigenstrom produzieren.

2. Kleinwindanlagen als Horizontalläufer

Wie zuvor ausgeführt ist bei einer horizontalen Windanlage die Höhe der Anlage für einen hohen und effektiven Wirkungsgrad entscheidend. Bei einer kleineren Windanlage bis zu einer Höhe von 10 Metern ist der Wirkungsgrad entsprechend niedriger.

Kleinwindanlagen als Horizontalläufer haben schon auf Grund der Ausbildung der Rotorblatter einen niedrigen Wirkungsgrad und es braucht schon über 3 m/sec. Wind um diese ans Laufen zu bringen.

3. Vertikale Windradanlagen

Vertikale Windradanlagen haben wie sich schon vom Namen ableiten läßt, eine vertikale Rotationsachse. Bei Großwindanlagen sind vertikale Anlagen nicht vertreten.

Es gibt auch hier eine Vielzahl von Modellen, wobei die wichtigsten hier beschrieben sind. Im Wesentlichen lassen sich diese auf 2 Grundtypen reduzieren, benannt nach deren Erfindern: Darieus- und Savonius-Typ.

a) Der Darieus Typ

Bei Typ Darieus finden wir ebenfalls das Auftriebsprinzip verwirklicht. Wir haben hier normale Flugzeugflügel, die senkrecht angeordnet sind (H-Rotor) oder auch gebogen oder verwunden angebracht sind.

In diesen Bauformen wird der Unwucht Rechnung getragen, und für eine gleichmäßigere Verteilung der Massen gesorgt. Hier gelten die gleichen Regeln wie beim Horizontalläufer, aber mit einem Nachteil, daß bei der Rotationsbewegung in der Vertikalen, sich bei der Drehbewegung 50% der Flügel gegen den Wind bewegen müssen und so der Wirkungsgrad vermindert wird.

Relativ hohe Windgeschwindigkeiten sind hier nötig um ein gutes Anlaufen zu gewährleisten.

b) Der Savonius Typ

Der  Savonius-Typ ist eine Vertikal-Anlage die das Widerstandsprinzip verwirklicht. Die Flügel stehen dem Wind als Hindernis im Weg und werden weggeschoben.

Aber auch hier läuft 50% des Windrads gegen den Wind und verschlechtert den Wirkungsgrad. Diese Savonius Windanlagen sind nicht so häufig vertreten, da Horizontalanlagen auf dem freien Land oder off-shore wirkungsvoller sind.

Vertikalanlagen genießen andere Vorteile.

a) keine Nachführung in den Wind nötig

b) extrem leise und vibrationsarm (bei richtiger Wahl des Rotors)

c) konstruktiv wesentlich einfacher herzustellen, daher wartungsarm

d) Möglichkeit zum Vernetzen baugleicher Anlagen auf engstem Raum

4. Auftriebs- bzw. Widerstandsläufer

Auftriebs- und Widerstandsprinzip sind eine weitere Methode die Windräder zu beschreiben. Es sind verschiedene Wirkprinzipien, die das Windrad zum Laufen bringen.

Auftriebsläufer haben einen guten Wirkungsgrad, wenn sie hoch und groß als Großwindanlagen gebaut werden können. Von Nachteil ist ihre Optik, die Lautstärke, ihre Erfordernisse an die Windqualität (die nicht überall gegeben ist) und daraus abgeleitet, die erforderliche „Stromlogistik“, die noch lange nicht flächendeckend vorhanden ist.

Widerstandsläufer haben im Vergleich zu Auftriebsläufern einen geringeren Wirkungsgrad (der aber durch einfaches Vergrößern des Durchmessers ausgeglichen werden kann).

Sie sind leise, haben vergleichsweise kleine Drehzahlen, und kommen mit fast allen Windsituationen klar. Die Anlaufgeschwindigkeiten sind sehr gering. Man kann unter Umständen auf einen Mast verzichten und sie direkt aufs Dach des Verbrauchers setzen. Das eröffnet die Modulbauweise, jetzt auch im Windbereich.

IV. Das ideale Windradsystem

Das ideale Windradsystem für die Eigenstromproduktion ist ein Widerstandsläufer

Die meisten Vertikal Windanlagen funktionieren nach dem Auftriebsprinzip. Sie brauchen relativ hohe Windgeschwindigkeiten um überhaupt erst anlaufen zu können. Sie sind ebenfalls laut und weniger effizient als Auftriebsläufer, aber das wissen Sie ja schon.

Und genau das ist einer der Gründe warum unserer Windradsystem als Widerstandsläufer, als Vertikal Dach- oder sogar als mobile Windanlage nutzbar, entwickelt wurde. Unser Windradsystem ist sehr leise und unempfindlich gegenüber Turbulenzen, Es läuft bereits bei einer Windgeschwindigkeit von 1,5 Meter/Sek. an.

Unsere Grundüberlegung zur Entwicklung eines dezentralen Windradsystems:

Wie kann man mit Windkraftanlagen Eigenstrom dezentral erzeugen, um ein mehrgeschossiges Gebäude, eine Fabrik, ein Haus, zu versorgen, ohne die hohen Erschließungskosten aufwenden zu müssen.

Dieses funktioniert, wenn der erzeugte Eigenstrom vom Windrad direkt zum Haus geführt werden kann, vorzugsweise mit Dachmontage (oder z.B. Fassadenmontage an einer Giebelwand). Dort herrscht aber Rauigkeit, d.h. Turbulenzen und Verwirbelung im Wind, die für Auftriebswindräder schlecht sind. Daher kommen für Dach- oder Fassaden-Montage nur Vertikale Widerstands-Windradsysteme in Frage. Die Turbulenzen und Verwirbelungen aus dieser Rauigkeit sollen in Energie umgewandelt werden. Und genau so ein Windradsystem haben wir gebaut (deutsches Patent!)

Kontakt

Greentown Tech Limited
Dr. Thomas Lang
Geschäftsführer

68163 Mannheim
Rahnfelsstr. 10
Mobil: +49 176 6632 9983

Tel.:  +49 621 39180055

Windräder Kleinwindanlagen,wissenschaftlich technische beratung

Unser Fazit

Großwindanlagen sind bei der Bevölkerung nicht gerne gesehen. Das äußere Erscheinungsbild und erhebliche gesundheitliche Bedenken überwiegen und stoßen deshalb auf Widerstand bei der Bevölkerung.

Diese 3-Flügler (Großwindanlagen) sind zwar effizient, brauchen aber einen hohen Mast. Sie brauchen auch laminare (gleichförmige) Luftströmungen ohne störende Rauigkeit der Umgebung, wie z.B. Häuser oder Bäume.

Deswegen sollten sie abseits der Verbraucher auf See oder auf dem Land aufgestellt werden. Außerdem sind sie laut (Infraschall) und nicht jedem Vogel zuträglich. Vögel stürzen ab wegen der turbulenten Strömungsabrisse hinter dem Windrad. Vögel mögen keine Turbulenzen, ebensowenig wie alle Auftriebsläufer.

Hier sind alle Auftriebs-Windräder sehr empfindlich und nehmen Schäden an der Technik. Deswegen muß auch ein Mindestabstand zwischen den Auftriebsläufer-Windrädern eingehalten werden, damit das benachbarte Windrad nicht die Wirbelturbulenzen abbekommt. Für Widerstandsläufer gilt das nicht.

Jene, die ein Megawatt-Windkraftwerk bauen wollen, sollen horizontale Windräder als Großwindanlagen aufstellen, betreiben aber dann auch und dafür Sorge tragen, daß Gesundheitsschäden durch Infraschall vermieden werden. Dann kann man sagen: Warum nicht. Der Aspekt, daß es immerhin grüne Energie ist, die hergestellt wird, reicht nicht aus.

Die zentrale (um nicht zu sagen zentralistische) Stromversorgung liegt in Händen von wenigen Konzernen. Und zentral regulierte Systeme haben einen Nachteil: Sie brechen gelegentlich zusammen.

Der aufgeklärte Verbraucher ist hier zwischenzeitlich sehr aufmerksam, und der Wunsch nach dezentraler Strom- und Energieversorgung nimmt immer mehr an Fahrt auf. Und es rechnet sich, da Wind und Sonne keine Rechnungen schreiben, oder sonstige Forderungen stellen.

Natürlich kostet das auch Geld! Na und? Ein Auto doch auch und durch die Investition in erneuerbare Energie durch die großen 4 Stromversorger wird die Stromrechnung deshalb nicht niedriger und kommt jeden Monat.

Bei einer Investition in eine Windradanlage wie beispielsweise unserem „Windradsystem“, diese beispielsweise aufgestellt als Dachwindanlage (vielleicht sogar kombiniert mit einer geeigneten PV-Anlage ), ersparen Sie sich ihre bisher verloren gehenden „Beitragszahlungen“ an einen der 4 großen Energieanbieter.

 

Die Stromkosten sind die letzten 12 Jahre um jährlich 6% gestiegen, während Wind und Sonne jeden Tag, Woche, Monat für Monat Jahr für Jahr kostenlos abgerufen werden können.

Wie viel Zinsen bezahlt ihnen ihre Bank auf ihr Guthaben?

Investieren Sie, wenn man so will, in ihre eigene grüne Kapitalanlage, die sich rechnet, und je nach Ernteertrag nach 8- 10 Jahren die Beitragszahlung an die großen 4 Energieversorger vergessen macht. Denn danach produzieren Sie Ihren Eigenstrom für 0. —Euro.

Setzen sie sich mit uns in Verbindung, auch dann, wenn Sie bereits eine Photovoltaikanlage besitzen. Wir beraten sie, und erarbeiten ein für Sie zugeschnittenes passendes Konzept: Nutzen Sie unser Kontaktformular oder rufen Sie uns doch einfach an. Wir finden eine Lösung.

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