Was ist eine Vertikalachsen-Windkraftanlage?
Bei einer Windkraftanlage mit vertikaler Achse (VAWT) handelt es sich um eine Windkraftanlage, die normalerweise nur aus zwei oder drei Blättern besteht und bei der die Hauptrotorwelle eher vertikal als horizontal läuft. Obwohl es verschiedene Arten dieser Turbinentypen gibt, ähnelt eine Version einem Schneebesen. Die Bewegung ähnelt einer Münze, die sich am Rand dreht.
Wenn die meisten Menschen den Begriff „Windkraftanlage“ hören, stellen sie sich eine Windkraftanlage mit horizontaler Achse (HAWT) vor. Ein HAWT sieht einem Flugzeugpropeller sehr ähnlich. Der Grund, warum Menschen eine HAWT eng mit dem Windkraftanlagenkonzept in Verbindung bringen, liegt einfach darin, dass die vertikalachsige Windkraftanlage nicht so häufig ist wie ihr horizontales Gegenstück. In der Tat werden VAWT im Allgemeinen nicht für kommerzielle Zwecke verwendet und sind selten an Stromnetze angeschlossen.
Natürlich erzeugen sowohl das VAWT als auch das HAWT trotz ihres unterschiedlichen Erscheinungsbilds und ihrer unterschiedlichen Funktionsweise Elektrizität, indem sie die Windenergie mithilfe einer rotierenden Welle in Drehmoment umwandeln. Das heißt, Wind dreht die Schaufeln der Windkraftanlage um den Rotor der Turbine. Dieser Rotor ist wiederum mit der Hauptwelle der Turbine verbunden, und diese Hauptwelle treibt einen Generator an, der den Strom erzeugt.
Das Design der Vertikalachsen-Windkraftanlage bietet einige Vorteile. Der Generator und das Getriebe der Turbine können bodennah platziert werden, was die Wartung erleichtert und die anfänglichen Baukosten senkt. Sie müssen auch nicht wie HAWTs dem Wind ausgesetzt sein, was ihre Fähigkeit erhöht, die Kraft des Windes zu nutzen, und dadurch ihre allgemeine Zuverlässigkeit verbessert. Die Hersteller argumentieren auch, dass der VAWT weniger laut ist als sein Gegenstück zum HAWT.
Der Hauptnachteil der Windkraftanlage mit vertikaler Achse besteht jedoch darin, dass ihr Wirkungsgrad verringert wird, weil die Windgeschwindigkeiten in Bodennähe geringer sind. Dieser Turbinentyp kann im Allgemeinen nicht so viel Strom produzieren wie die HAWT-Ausführung. VAWT starten auch nicht selbst, was die Netzkonnektivität beeinträchtigt. Aus diesen Gründen wird die Windkraftanlage mit vertikaler Achse häufig für die Installation ausgewählt, wenn Kosten oder Zuverlässigkeit im Vordergrund stehen. Wenn die Gesamtleistung und der Wirkungsgrad die wichtigsten Überlegungen sind, wird typischerweise eine Windkraftanlage mit horizontaler Achse verwendet.
VAWTs werden erforscht, um ihre Energieabgabe zu erhöhen und ihr mechanisches und aerodynamisches Geräusch zu minimieren. Ingenieure hoffen, diesen Windturbinentyp so zu verbessern, dass er schließlich in städtischen Landschaften, in denen der Platz für Windparkinstallationen begrenzt ist, weit verbreitet ist.
Von den vielen Konstruktionsarten für Vertikalachsen-Windturbinen sind die Savonious- und die Darrieus-Turbine die am häufigsten konstruierten. Ein finnischer Ingenieur namens Sigurd J. Savonius erfand 1922 die einfache Turbine vom Typ Drag und der französische Ingenieur Georges Jean Marie Darrieus erfand 1927 seine praktischere Turbine vom Typ Lift , aerotecture, giromill und cycloturbine.
Detaillierte Berechnungen zur Rotor-Aerodynamik der Vertikalachsen-Windkraftanlage sind online verfügbar.