Theorie

• senkrecht zur Windrichtung

• Druck Unterseite höher als Oberseite -> Strömung oben schneller -> Auftrieb nach oben

• z.B. Dutch Windmill, Darrieus

  
  

• in Richtung der Windströmung

• Rotorblätter werden “angeschubst”

• bei modernen Lift WKA wirkt sie Drehbewegung entgegen

• z.B. Savonius, Schalenanemometer

cp= P Tzrbine / P Wind

0,59 -> Max. 59% der kinetischen Energie kann in mechanische umgewandelt werden

• je höher Winkel, desto höher Druck auf Unterseite und niedriger Druck auf Oberseite

• Auftrieb steigt bis krit. -> dann Strömungsabriss

• bei neg. Winkeln neg. Auftrieb nach unten

Epsylon = Fl/Fd = cl/cd = 1/ tan gamma

höher -> effizienter

• Widerstandskräfte Fd

• Drallverluste (Wirbelströme hinter Rotorblättern)

• Spitzenverluste (Querströmungen von Unter- zu Oberseite)

xxxx

1. Größte Wölbung in % der Profiltiefe

2. Abstand der größten Wölnung von der Vorderkante in Zehnteln der Profiltiefe

3. und 4. Profildicke in % der Profiltiefe

xd= 0,3*c

xxxxx

1. cl * 20/3

2. und 3. Abstand der größten Wölnung von der Vorderkante in Prozent der Profiltiefe *2

   1. und 5. Profildicke in % der Profiltiefe

d/c : cd steigt mit steigendem d/c -> durch Druckverteilung auf der Oberfläche

cl steigt ebenfalls, zunehmende Rundung der Vorderkante erlaubt höheren Anstellwinkel

f/c : cl steigt mit steigender Wölbung, cd bleibt gleich

• geringere Scherspannung

• minimaler Druckpunkt weiter hinten

• stärkere Rundung Vorderkante

• xd/c zunehmend weiter hinten -> je weiter hinten, desto geringer cl -> passen für kleinere an.winkel

• je größer Wölbung, desto größer cl (& Verhältnisse)

• schmutzempfindlicher

Effektiver Durchmesser, indem Turbine Windenergie umwandelt wird kleiner als geometrischer Durchmesser

• Nachlauf = Bereich hinter Turbine, wo sich Luft weiterhin dreht -> langsamer und turbulenter -> kann dahinterstehende Turbinen beeinflussen

• Mitberücksichtigende Geschwindigkeitsdreiecke

  
  

-> axiale Komponente reduziert, tangentiale Komponente durch Drehbewegung, Gesamtströmungsrichtung verändert

• Schutz vor Gefährungen durch die WKA

• Schutz der WKA vor Überlastungen

• Optimierung Lebensdauer

• Optimierung Leistung, Netzverträglichkeit, Geräuschemissionen

• Drehzahl

• Drehmoment

• Leistung

• Rotorschub

• konst. Drehzahl, durch Netz vorgegeben, Verbindung mit Nabe starr

• bewusste Erzeugung Strömungsabriss durch zu hohen Anstellwinkel

• nur durch Aerodynamik

• variable Drehzahl

• Verbindung starr

• höhere Effizienz bei Teillast

• konst. n, durch Netz vorgegeben

• Verbindung mit Nabe drehbar gelagert

• aktive Regelung, Winkel an Windgeschw. angepasst

• Wenn zu schnell -> Winkel wird verkleinert bis Fahnenstellung

• blades können langsamer verstellt werden

• weniger starr, variable n

• feste Drehzahl

• Blätter werden aktiv verstellt, jedoch für Strömungsabriss

sinkt bei stall, konst. bei pitch

• Bremse vor Getriebe -> kleiner

• hinter -> größer

seperated: für jede Fkt. eine Komponente, Getriebe und Generator getrennt, Gen. direkt an Hauptwelle, Getriebe zwischen Rotor und Gen.

teilintegriert: Getriebe direkt mit Generator verbunden oder nur wenige Teile dazwischen

integriert: Generator und Getriebe in einem Gehäuse

-> leichtere Wartung, günstiger vs. reduzierte Größe und Gewicht

• Rotor an 3 Hauptpunkten mit Getriebe verbunden

• Vorteile: statisch bestimmt, Auflagerreaktionen unabh. von Verformungen

• Nachteile: Alle LAsten über Getriebe übertragen -> muss auf Schwankungen ausgelegt sein

• Getriebeabstützung notwendig weil Drehmoment rein und raus nicht gleich

• Rotor an 4 Hauptpunkten mit Getriebe verbunden

• Vorteile: Getriebe entlastet, weil Lager der Hauptwelle die Hauptlasten des Antriebsstrangs tragen

• Nachteile: statisch unbestimmt, Spannungen in Bauteilen hängen von Verformungen der Grundplatte durch Schubkräfte ab

• kann sowohl axiale als auch radiale Lasten aufnehmen und Biegemomente tragen -> ausreichende Belastbarkeit Wind

• Vorteile: günstiger und leichterer Transport

• Nachteile: gut für Druck-, aber nicht für Zugspannungen (-> vorgespannten Beton nutzen)

Ringelement mit Löchern, mit Gussmasse gefüllt

tendons

• Vorteile: weniger CO2-Emissionen, hohe Türme möglich

• Nachteil: Muss vor Feuchtigkeit geschützt werden (-> PVC-Folie)

• oben Stahl, unten Beton

• Betonpart aus Mittelteil (unterschiedlich, um Durchmesser anzupassen) und Seitenteilen (immer gleich, leichter herzustellen) aufgebaut

• am Rotor: dickere für größere Widerstandsmomente

• an der Spitze: dünnere für bessere Aerodynamik

• verbindet die positiven Eigenschaften der Faser und der Grundmasse/ Matrix

  -> verschiedene Kombinationen möglich z.B. Glas, Carbon/Kohlenstoff, Aramid

  + Epoxidharz (genauere Größe), Polyester (günstiger)

• bietet Schutz vor äußeren Einflüssen

• bringt Kräfte in das Fasermaterial

• so werden die Fasern angeordnet (Gewährleistung leicht, aber dennoch stabil & stark)

• werden zu Bündeln zusammengebracht (rovings) -> diese können dann auf unterschiedliche Arten angeordnet werden

• Qualitätsmerkmal des Materials

• rf= Faservolumen/ Gesamtvolumen

• Form

• Fasern werden in Harz getränkt und schichtweise in die Form gelegt

• Gewebe aus Fasern werden in Form gelegt

• Harz wird auf die Gewebe gegossen oder gestrichen

• rf<45%

= vorimprägnierte Gewebebahnen

Vorgetränkte Fasermatten

• um deren Aushärtung zu verhindern müssen sie u.U. gekühlt werden

• prepregs werden in Verbindung mit Epoxidharz geliefert und dann in die Form gelegt wo sie aushärten

• rf hoch

• Die Fasern werden zerkleinert und zusammen mit der Matrix/Grundmasse in eine Form gesprüht

• rf=15 … 35%

• 50% < rf < 70%

• für große blades vakuumunterstützt

  -> VARTM: Harz wird mit Pumpe in die geschlossene Form eingebracht und durch Vakuum eingesaugt

• Verkleben der beiden Schalen und Schließen der beiden Formteile

• Einkleben der Stege

• Beschneiden der Klebestellen

• Spachteln und Schleifen der Oberfläche

• lackieren

• Bei mehr: Leistungszuwachs nur sehr gering -> reicht nicht aus um zusätzliche Kosten etc. zu rechtfertigen

• Bei weniger: 3 ist aerodynamisch symmetrisch, wobbling effect, höhere Geräuschemissionen

• höhere Drehzahl -> Leistung wird auch mit geringerem Drehmoment erreicht

• Notwendige Blattflächendichte nimmt ab

Fasern nehmen hauptsächlich die Materialspannungen auf

Kunstharz übernimmt die Einbettung der Fasern und die Formbildung

= Glasfaser

-> hohe Festigkeit, aber schlechtes E-Modul

Kohlefaser besser aber zu teuer -> an besonders beanspruchten Stellen beide in Kombination

• Höhere Festigkeit

• Weniger Schrumpfung beim Trocknen

• Leichter

• Jedoch teurer, härtet nur bei hohen Temperaturen aus

Nur die äußeren Schichten bestehen aus hartem Faserverbundmaterial, innen weicheres Stützmaterial -> leichter

Nehmen das Biegemoment auf

anstelle eines Getriebes strömt Luft

durch die Rotorblätter und treibt eine

kleine Turbine an

Leistungsregulierung durch aus dem Wind drehen mit dem angefügten Leitblech

Um das Fluidteilchen auf der nach oben gekrümmten Bahn zu bewegen

Dort ist v=0 (Erfüllung Haftbedingung), Punkt wo sich Richtung entscheidet

Druckerhöhung ist vom dynamischen Druck begrenzt

Drucksenkung ist von 0 Pa begrenzt -> größeres delta möglich

Kein Einfluss, actuator disk