Windenergie beschreibt die Nutzung sich bewegender Luft zur Erzeugung elektrischer Energie. Durch Sonneneinstrahlung und den daraus resultierenden Temperaturunterschieden entsteht die kinetische Energie der Luftmassen. Durch die natürliche Kraft des Windes kann dann wiederum ein Generator angetrieben werden.
Windenergieanlagen gibt es auch für den privaten Markt und in kleiner und kompakter Bauform. Auch Sie können sich zu Hause die Bewegungsenergie des Windes dadurch zu Nutze machen.
Wie funktioniert eine solche Anlage?
Die Luftmassen (Bewegungsenergie oder kinetische Energie) werden an den Rotorblättern der Windenergieanlage in ein Drehmoment (mechanische Energie) umgewandelt. Diese dadurch entstehende drehende Kraft wird wiederum von einem Generator in elektrische Energie gewandelt. Im Wesentlichen wird der Ertrag einer solchen Anlage durch die Faktoren Luftdichte, Rotorfläche und Windgeschwindigkeit beeinflusst.
Reicht die Windenergie an Ihrem Standort?
Mittlerweile gibt es online standortbasierte Wetterdaten für Jedermann zum Abruf (Global Wind Atlas), um bereits im Vorfeld genau zu prüfen, welche Windstärken sich an welchem Standort und bei welcher Höhenlage ergeben. So können wir bereits im Vorfeld eine Ertragsprognose Ihrer Anlage durchführen und Ihnen die Berechnung der Rendite aufzeigen.
In Kombination zu noch mehr Unabhängigkeit!
Optimal ist die Kombination mit einer Photovoltaik-Anlage, denn so erhöhen Sie den Nutzen der regenerativen Energien und leben ein weiteres Stück autarker. Mit einer Windkraftanlage sind Sie in der Lage auch an sonnenarmen Tagen - insbesondere nachts, im Herbst oder Winter - Teile Ihres Stroms selbst zu produzieren und bestenfalls auch in den Batteriespeicher Ihrer vielleicht schon vorhandenen Photovoltaik-Anlage einzuspeichern.
Die Komponenten
Die zentralen Komponenten einer solchen Windkraftanlage sind der Rotor, die Rotorwelle sowie der Generator. Dabei gibt es zwei unterschiedliche Bauweisen von Anlagen: mit und ohne Getriebe. Um die Sicherheit der Anlage zu gewährleiten sind zusätzlich Brems- und Sturmabschaltungssysteme unabdingbar.
Der Rotor besteht aus Rotorblättern und der Nabe. Grundsätzlich unterscheidet man hier noch zwischen zwei unterschiedlichen Rotortypen, die es in den Bauweisen mit horizontaler und mit vertikaler Drehachse gibt. Allgemeingültig erzeugen Rotoren mit horizontaler Drehachse bei optimalen Windverhältnissen den besseren Ertrag.
Ob nun bei horizontaler Drehweise ein Einblatt-, Zweiblatt oder Dreiblattrotor oder bei vertikaler Drehachse beispielsweise ein Savonius- oder Darrieus-Rotor zum Einsatz kommt, hängt unter anderem von den Kosten, den Schnelllaufzeit und den damit verbundenen Geräuschentwicklungen sowie der Aerodynamik am jeweils gewählten Standort ab. Der Großteil der Windkraftanlagen wird mit horizontaler Drehweise und Dreiblattrotor betrieben.
Das Getriebe dient zur Erhöhung der Drehzahl. Getriebe sind weitläufig verbaut, aber technisch nicht zwingend erforderlich. Bei Bauweisen ohne Getriebe spricht man von einem sogenannten Direktantrieb. Hier fallen die Wartungsarbeiten geringer aus, allerdings entstehen hier bei der Produktion andere Kosten und der Generator fällt größer und schwerer aus. Es gilt: je schneller ein Generator läuft, desto kleiner kann er ausgelegt werden, weswegen ein Übersetzungsgetriebe heute noch immer die Regel ist.
Der Generator ist für die Umwandlung der mechanischen Energie (drehende Kraft der Rotorblätter) in elektrische Energie zuständig. Bei Windkraftanlagen werden sowohl Asynchron- wie Synchrongeneratoren eingesetzt. Die Drehzahl des Generators - und damit die Drehgeschwindigkeit der Rotorblätter - kann kontant, in Abhängigkeit des Windes für niedrige und hohe Luftmassen zweistufig oder gar gänzlich stufenlos arbeiten. Synchrongeneratoren sind ausschließlich bei Anlagen ohne Getriebe (für niedrige Drehzahlen) geeignet.
Eine Windkraftanlage benötigt elektrische Komponenten und entsprechende Software um gesteuert zu werden. Insbesondere ein Bremssystem sowie eine Sturmabschaltung sind wichtig, um die Sicherheit zu gewährleisten und Wartungen möglich zu machen. Weiterhin stellen die Bremsen sicher, dass bei starken Windböen die Rotordrehzahl in den vorgeschriebenen Toleranzen der Anlage bleiben. In Windkraftanlagen sind daher zwei unabhängige Bremssysteme vorgeschrieben. Im Notfall muss die Bremse also in der Lage sein die gesamte Leistung des Rotors sowie des Getriebes aufzunehmen, um die Anlage sprichwörtlich stillzulegen.