Windkraftanlagen mit vertikaler Achse: Effizienz & Heimanwendung

Einleitung

Wind ist eine der kosteneffizientesten erneuerbaren Energiequellen. Die meisten verwendeten Windmühlen haben eine horizontale Achse, dennoch sind auch Designs mit vertikaler Achse möglich. Sie haben in der Regel niedrigere Betriebskosten und eine einfache Wartung, was sie für den Haushalt geeigneter macht. Es gibt viele verfügbare Designs mit vertikaler Achse. Die Wahl des effizientesten Designs gewährleistet maximale Vorteile.

Vertikale Achse

Windmühlen mit vertikaler Achse funktionieren entweder nach dem Windaufzugs- oder dem Windwiderstandsprinzip. Sie sind unempfindlich gegenüber der Windrichtung, da sich die Blätter entsprechend der Richtung drehen, aus der der Wind weht. Sie sind auch in der Lage, Turbulenzen zu widerstehen. Diese Eigenschaften ermöglichen es, Windmühlen mit vertikaler Achse kleiner und näher am Boden zu bauen.

Nachteile

Eine Reihe von Windmühlen mit vertikaler Achse kann aufgrund eines geringen Anlaufdrehmoments nicht selbst starten. Zudem muss bei den meisten Windmühlen mit vertikaler Achse das Blatt bei jeder halben Umdrehung wieder durch den Wind gezogen werden. Dies verringert die Effizienz im Vergleich zu einer Windmühle mit horizontaler Achse. Trotz ihrer Eignung für den Wohnbereich sind Windmühlen mit vertikaler Achse nicht leicht für den Heimbetrieb erhältlich, weshalb sie als Heimwerkerprojekt beliebt sind.

Weniger effiziente Designs

Das Darrieus-Design, auch Eierbesen-Windmühle genannt, enthält zwei oder drei C-förmige Blätter. Es hat eine hohe Geschwindigkeit, aber ein niedriges Drehmoment, was unerwünscht ist, da es einen manuellen oder mechanischen Start erfordert. Das Savonius-Design hat ein höheres Drehmoment, aber seine Blätter drehen sich erheblich langsamer als die ankommende Windgeschwindigkeit, was es weniger effizient bei der Stromerzeugung macht.

Effizientere Designs

Es wurden mehrere optimierte Windmühlen nach demselben Prinzip wie das Darrieus-Design entwickelt. Beim Helix-Blatt-Design werden Helix-Blätter als Ersatz verwendet, was das Hauptlagerversagen durch Begrenzung des pulsierenden Drehmoments reduziert. Beim Zykloturbinen-Design drehen sich die Blätter in unterschiedlichen Winkeln, was den Blattwiderstand minimiert. Obwohl komplex, ist dieses Design am effizientesten und kann auch selbst starten.