Materialien für Rotorblätter von Windkraftanlagen: Ein umfassender Überblick

Mit der zunehmenden Technologie und Popularität von Windkraft arbeiten Forscher daran, Materialien zu finden, die verwendet werden können, um längere Blätter zu schaffen, ohne die strukturelle Integrität zu opfern. Viele Materialien wurden sowohl für die industrielle Windstromerzeugung als auch für kleine häusliche Anwendungen verwendet. Dazu gehören Fiberglas, Stahl, Aluminium, PVC, Holz und Polymerharz. Derzeit bestehen die meisten Blätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GRP), einem faserverstärkten Polymerverbundwerkstoff mit hoher Zugfestigkeit und hoher Druckfestigkeit.

Polyvinylchlorid (PVC)

PVC-Blätter sind eine günstige Blattoption, die häufig von Heimwerker-Turbinenbauern verwendet wird. Ein Vorteil des Materials ist die Leichtigkeit, mit der der Bauherr es formen kann. Es ist auch vergleichsweise günstig, was es für kostengeschränkte Operationen attraktiv macht. Wenn es jedoch den Elementen ausgesetzt ist, schwächt sich PVC ständig ab, bis es sehr spröde wird und winzige Haarrisse auf der Oberfläche bildet. Das Ergebnis ist, dass ein unbedachter Windstoß das Blatt zerbrechen und die Turbine herunterfahren könnte.

Holz

Holz ist ein weiteres häufiges Material für kleine, selbstgebaute, häusliche Windmühlen. Während es ein leicht verfügbares, günstiges Material ist, stellt Holz mehrere Probleme für den Heimwerker-Windmühlenbauer dar. Holz erfordert viel Geschick, um es genau zu formen. Wenn es nicht richtig behandelt wird, ist Holz extrem anfällig für Witterungseinflüsse, verzieht sich bei Feuchtigkeit oder wird in der Sonne spröde. Darüber hinaus ist Holz unter seitlicher Belastung nicht sehr widerstandsfähig, sodass starke Winde ein Holzblatt mit wenig Mühe brechen können.

Aluminium

Aluminium-Blätter erschienen bald nachdem die heimische Windkraftindustrie explodierte. Viele Hersteller bieten präzisionsgefertigte Aluminiumblätter an. Während die meisten Großgeneratoren diese Blätter nicht verwenden, sind sie ein ausgezeichnetes Material für kleine Turbinen. Während sie im Vergleich zu Kunststoffen relativ schwer sind, sind Aluminiumblätter wetterbeständig, widerstandsfähig und bei vielen Lieferanten erhältlich. Die Kehrseite ist, dass sie teurer sind als andere Optionen. Zusätzlich ist der maximale Rotordurchmesser streng durch das Gewicht des Materials begrenzt.

Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe wie Fiberglas und GRP sind derzeit die am häufigsten verwendeten Materialien im Windkraftanlagenbau. Fiberglas wird im Allgemeinen nur für kleine, häusliche Anwendungen verwendet, da Fiberglas tendenziell zerbrechlicher ist als andere faserbasierte Materialien. Das macht Fiberglas zu einer Haftung für kommerzielle Zwecke.

GRP (glasfaserverstärkter Kunststoff) ähnelt Fiberglas darin, dass Ingenieure es herstellen, indem sie mehrere Fasermatten übereinanderschichten, um die Form des Blattes zu erstellen. Im Allgemeinen wird GRP als Beschichtungsschicht verwendet, mit einem Füllstoff im Inneren der Struktur. Es hat die Vorteile, leicht zu sein, was die Bewegung großer Rotorblätter unterstützt. Es ist auch stärker als Fiberglas, was einen breiteren Rotordurchmesser ohne Bruchgefahr bei hohen Windgeschwindigkeiten ermöglicht.