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Eine Windkraftanlage besteht in der Regel aus den folgenden Komponenten:
Mast Die Masten weisen üblicherweise eine Höhe von 10 m bis 100 m auf, wobei mit zunehmender Höhe nicht nur der Energieertrag steigt, sondern auch die Errichtungskosten aufgrund der aufwendigeren Statik. Die Masten werden aus Stahl oder Beton (Holz nur bei sehr kleinen Masten) errichtet und dienen der Aufnahme von Gondel, Rotor, Getriebe und Generator.
Gondel Die Gondel bildet Grundrahmen, Träger und Verkleidung zur Aufnahme und Befestigung von Getriebe und Generator.
Rotorblätter Die Form der Rotorblätter ähnelt einer Flugzeugtragfläche, sie sind also nach aerodynamischen Gesichtspunkten gestaltet. Im Gegensatz zu früheren Windrädern entsteht die Drehung nicht nur nach dem einfachen Widerstandsprinzip, sondern auch durch aerodynamisch erzeugte Auftriebskräfte, die an den Rotorblättern wirksam werden.
Die Anzahl der Rotorblätter ist für den energetischen Wirkungsgrad unbedeutend. Je weniger Blätter eingesetzt werden, um so höher ist die Drehzahl der Anlage, um in gleicher Zeit die gleiche Fläche nutzen zu können. Zur Mitte hin sind die Rotorblätter meist als Holmverbindung ohne aktive Fläche konstruiert, da das Verhältnis zwischen Nutzen (Hebelarm, Strömungsfläche) und Aufwand nach innen deutlich ungünstiger wird. Die modernen Rotorblätter werden aus Glasfasern oder aus Kohlefasern gefertigt.
Getriebe Das Getriebe sorgt für die Übersetzung der vergleichsweise geringen Rotordrehzahl auf die installierte Nenndrehzahl des Generators.
Rotorwelle Die Rotorwelle stellt die Verbindung zwischen Rotor und Getriebe dar.
Generator Als Generatoren sind sowohl Synchron- als auch Asynchron-Generatoren einsetzbar.
Steuerfahnen Die Steuerfahne bewirkt die automatische Einstellung des Winkels zwischen Gondel/Rotor und Windrichtung.
Grundsätzlich unterscheidet man horizontal laufende Windräder und
Windkraftanlagen mit vertikaler Rotorwelle.
Horizontal laufende Windräder:
Für die Betriebsweise moderner Horizontalachsen- Konverter gibt es zwei Möglichkeiten: als Leeläufer oder als Luvläufer. Anlagen vom Typ des Leeläufers sind so ausgelegt, dass sich der Rotor in Windrichtung hinter dem Turm dreht. Das Prinzip hat den Vorteil, dass die Rotorblätter bei starkem Wind nicht gegen den Turm gedrückt werden können. Bei einem Luvläufer ist dieses Risiko nicht vollständig auszuschließen, da der Rotor von vorn angeblasen wird und vor dem Turm läuft. Leeläufer haben auch den Vorteil, sich selbsttätig in Windrichtung auszurichten, während Luvläufer durch geeignete technische Maßnahmen dem Wind nachgeführt werden müssen.
Die Betriebsweise als Leeläufer bringt allerdings auch Nachteile: Der Turm verursacht einen Windschatten, wodurch Leistungseinbußen entstehen. Außerdem führt die sich abrupt verändernde Strömung im Turmschatten ständig zu stoßartigen Belastungswechseln der Rotorblätter. Um Schäden zu vermeiden, sind daher an der Blattaufhängung besondere konstruktive und im Allgemeinen kostenaufwendige Maßnahmen erforderlich.
Langsamläufer:
Die Langsamläufer sind Windkonverter einfacher Bauart. Sie haben meistens viele, im Querschnitt etwas schwächere Flügel. Die Flügel addieren sich zu einer großen Flügelfläche und eine solche hat ein sehr großes Anlaufmoment. Das bedeutet, dass schon ein relativ leichter Wind genügt, um es in Gang zu bringen. Dieses Windrad ist eher für niedrigere Drehzahlen gebaut, deshalb verwendet man diese Typen eher für langsame Antriebe, wie zum Beispiel Pumpen oder ähnliches. Im Mittelmeerraum werden diese Anlagen noch heute eingesetzt. Für die Stromerzeugung ist dieser Typ nicht geeignet, da ein Generator mindestens 800 - 3000 Umdrehungen pro Minute benötigt, um Strom zu erzeugen. Diese Anlagen können etwa 20 - 30% der im Wind enthaltenen Energie nutzen.
Schnellläufer:
Diese Typen haben meist zwei bis vier schlanke, aerodynamisch geformte Flügel. Dadurch ergibt sich eine kleine Flügel- beziehungsweise Blattfläche und somit ein geringes Anlaufmoment. Das bedeutet wiederum, dass ein etwas stärkerer Wind zum Anlauf erforderlich ist als beim Langsamläufer. Die Schnellläufer erzeugen relativ hohe Drehzahlen und sind deshalb sehr gut zur Stromerzeugung geeignet, da der Generator mit diesen Drehzahlen nun auch arbeiten kann. Je weniger Flügel man verwendet und desto schmaler das Profil der Flügel ist, desto größer wird die Drehzahl und somit die Leistung des Generators.
In der Praxis werden häufig Windräder mit zwei Flügeln verwendet, da sie um einiges leichter zu bauen sind als diese mit drei beziehungsweise vier Flügeln.
Solche Typen können circa 30 - 50% der Windenergie verwerten und umwandeln.
Darrieus - Rotoren:
Diese Windräder sehen im Wesentlichen wie Zwiebelschalen aus. Aus welcher Richtung der Wind kommt ist auch hier egal. Die Rotoren haben den Vorteil, dass sie nicht in einer gewissen Höhe montiert werden müssen, sondern dass sie auch in Bodennähe funktionieren. In Westeuropa gilt dieser Rotor als veraltet, und wird kaum mehr benutzt. In den Entwicklungsländern spielt diese Anlage aber heute noch eine nicht unwesentliche Rolle bei der Energieerzeugung.
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