Windkraftwerke

Windkraftwerke gewinnen ihre Energie aus dem Wind. Seit 1990 ist das ein stark zunehmender Kraftwerkstyp und findet immer mehr Verwendung in windigen Gebieten.

Prinzipskizze eines Windkraftwerks

Die Grundgleichungen für den Massenstrom und die Leistung sind:

$\dot{m}=\rho \, A \, w$	Massenstrom der Luft
$P=c_p \, \dot{m} \, \frac{w^2}{2}=c_p \, \rho \, A \, \frac{w^3}{2}$	Leistung eines Windkraftwerks als Funktion der Windgeschwindigkeit

Die Leistung steigt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit!

Grösse	Einheit	Bezeichnung	Bemerkungen
$\dot{m}$	kg/s	Massenstrom
$\rho$	kg/m³	Dichte	Luft hat 1,1 bis 1,3 kg/m³
	m²	Rotorfläche	$A=\pi{(d/2)}^2$
	m/s	Windgeschwindigkeit
	W	Abgabeleistung
	-	Wirkungsgrad	maximal 59%

Der theoretisch maximale Wirkungsgrad einer Windturbine beträgt 59%, weil hinter der Turbine die Luft nicht stillstehen kann. Die Begründung findet man im Gesetz von Betz.

Windverhältnisse

In diesem Beispiel läuft die Windkraftanlage nur bei Windgeschwindigkeiten von 2 bis 14 m/s, die maximale Leistung beträgt 6,5 kW.

Bauarten von Windturbinen

Turbinenname	Vielflügler	2-Flügler	Savonius	Darrieus
Skizzen
Achslage	horizontal	horizontal	vertikal	vertikal
Leistungsbeiwert	35%	47%	23%	35%
Optimale Umfangs- zu Windgeschwindigkeit	1	15	1	5