Was sind horizontale Windkraftanlagen und wie funktionieren sie?
Die Funktionsweise einer horizontalen Windkraftanlage steht im Mittelpunkt, wenn sich das Thema um diese Art der Windturbinen dreht, die wie riesige, weiße Ventilatoren entlang der Küste oder in weitläufigen Feldern stehen. Aufgrund ihrer hohen Produktionsleistung und Energieeffizienz sind diese Anlagen weit verbreitet – insbesondere auch auf gewerblichen bzw. industriellen Betriebsstätten.
Design und Funktionsweise von horizontalen Windkraftanlagen
Horizontale Windkraftanlagen weisen einige unverwechselbare technische Funktionen auf:
Rotor und Flügel
Der Rotor einer horizontalen Windkraftanlage besteht aus drei länglichen Flügelsegmenten, die auf einem Turm sitzen. Dabei sind diese Rotorblätter nicht flach, sondern aerodynamisch wie die Tragfläche eines Flugzeugs geformt, sodass die Auftriebskraft des Windes einen Widerstand hat. Diese Kraft erzeugt dann ein Antriebsmoment, das wiederum eine Drehbewegung verursacht und die Flügel wie bei einem Ventilator kreisen lässt.
Standardmäßig besitzen moderne horizontale Windkraftanlagen einen Durchmesser von 40 bis 90 Metern.
Die Gondel
Die mit dem Rotor verbundene Gondel beinhaltet essenzielle Komponenten für den Betrieb und die Funktionsweise einer horizontalen Windkraftanlage. Dazu gehört das Getriebe, der Generator, die Bremse und die Steuereinheit. Aufgrund der Größe der Windturbinen kann Wartungspersonal sogar in die Gondel einsteigen.
Das Getriebe
Da die Rotordrehzahl prinzipbedingt unter der für eine hohe Effizienz benötigten Generatordrehzahl liegt, wird ein Getriebe verbaut. Somit fungiert das Getriebe als Verbindung zwischen Rotor und Generator, indem es die langsame Drehbewegung der Flügel beschleunigt und dadurch den Antrieb des Generators erst ermöglicht. Während sich der Rotor mit einer Geschwindigkeit von 20 UpM dreht, benötigt der Generator zur Stromerzeugung 1.000 Umdrehungen pro Minute.
Die Steuerungseinheit
An der Rückseite der Gondel befindet sich ein externes Anemometer zum Messen der Geschwindigkeit und Richtung des einströmenden Windes. Die gemessenen Daten werden an die Steuerungseinheit im Inneren der Gondel übertragen.
Auf Grundlage dieser Informationen entscheidet das Wartungspersonal, ob die Funktionsweise der horizontalen Windkraftanlage in Gefahr ist und die Turbine aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden muss. Gleichzeitig dienen die Daten dazu, den Rotor ideal auszurichten, damit die Flügel den einströmenden Wind im optimalen Winkel empfangen.
Der Turm
Um höhere Windgeschwindigkeiten zu erreichen und turbulente Luftschichten in Bodennähe zu vermeiden, werden Rotor und Gondel einer horizontalen Windkraftanlage auf einem Turm platziert. Bezüglich der genauen Höhe des Turms herrscht zwar kein einheitlicher Standard, dennoch betragen die Ausmaße in der Regel die zwei- bis dreifache Länge der Flügel, damit sich der Energieertrag mit den Kosten deckt.
Die Windrichtungsnachführung
Auf der Spitze des Turms direkt an der Gondel richtet der Mechanismus zur Windnachführung die Turbine nach dem Wind aus. Dieses System stellt sicher, dass der Rotor sich stets dem einströmenden Wind zuwendet, damit die Rotorblätter den Wind aufnehmen und in Bewegung bleiben.
Entwickelt für eine großflächige Stromerzeugung durch Wind
Dank dieser Mechanismen und Besonderheiten begünstigt die Funktionsweise von horizontalen Windkraftanlagen eine hohe Produktionsleistung sowie Energieeffizienz, die sich perfekt zur Stromerzeugung im großen Maßstab eignet. Aus diesem Grund dominiert diese Art von Windturbinen momentan den Markt der erneuerbaren Energien.
