Bundesverband WindEnergie e.V.

Kapitel 4

Winddreiecke

Die lokale Geschwindigkeit der Luft an einem Blatt (oder Anströmungsgeschwindigkeit) ist nicht mit der Windgeschwindigkeit zu verwechseln. Diese wird bei Schnellläufern bis zu 9 Mal schneller als die Windgeschwindigkeit. Die Blätter drehen sich und die Anströmungsgeschwindigkeit nimmt mit der Rotordrehzahl und dem Abstand zur Rotorachse zu.

Abb: Winddreiecke. Anblasung c aus der Windgeschwindigkeit am Rotor v2 und der Umgangsgeschwindigkeit u – Windkraftanlagen.

 

Das so genannte Winddreieck wird von drei Geschwindigkeiten definiert:

• die Windgeschwindigkeit v2 in der Rotorebene. Diese Windgeschwindigkeit in der Rotorebene v2 ist gleich zwei Drittel der Windgeschwindigkeit v1 weit vor der Anlage (der Wind ist schon vor der Rotorebene durch die Windkraftanlage um ein Drittel abgebremst).
• die Umfangsgeschwindigkeit u, die durch die Eigendrehung des Flügels entsteht
• die resultierte Anströmungsgeschwindigkeit c (Geschwindigkeit der Luft auf das Blatt).

 

Die am Rotorblatt erzeugten Kräfte sind:

• die Auftriebskraft A
• die Widerstandskraft W

Abb: Winddreiecke für verschiedene Flügelschnitte. V2 Windgeschwindigkeit am Rotor. u Umlaufgeschwindigkeit und c Anströmungsgeschwindigkeit.

 

Die Umfangsgeschwindigkeit u ist gleich der Winkelgeschwindigkeit des Rotors Ω mal dem Abstand r zur Rotorachse. Es bedeutet, dass je weiter ein Punkt von der Rotorachse entfernt ist, desto schneller ist seine Umfangsgeschwindigkeit u.

Die Anströmungsgeschwindigkeit c nimmt mit der Umfangsgeschwindigkeit u zu und die Winddreiecke sind deswegen bei jedem Radius r (und bei jedem Schnitt eines Blattes) unterschiedlich. c sowie u nehmen dann, linear mit dem Abstand zur Rotorachse, zu.

An jedem Blattschnitt soll möglichst die Anströmung unter dem gleichen Winkel auf das Blattprofil treffen. Die über die Blattlänge unterschiedlichen Winddreiecke ergeben so die notwendige Verwindung des Flügels.