Vertikalachser

Vertikalachser

Heute drehen die meisten kommerziell genutzten Windenergieanlagen um eine horizontale Achse. Es gibt jedoch andere Bauarten bei denen eine Windenergieanlage auch um eine vertikale Achse dreht. Prinzipiell lassen sich Vertikalachser in Widerstands- und Auftriebsläufer unterteilen.

Vertikale Widerstandsläufer

Die ältesten, bekannten Windenergieanlagen der Welt sind seit 1700 vor Christus gebaute vertikale Windenergieanlagen. Sie entstnanden in den Gegenden des heutigen Iran und Afghanistan. Ruinen von antiken, persischen Windmühlen sind heute noch zu sehen.

Diese Widerstandsläufer funktionieren durch einen halb abgeschatteten Rotor. Eine Mauer schützt eine Hälfte des Windsegels.

Der Wind weht durch die andere offene Hälfte und treibt somit den Rotor an.

Der Savonius-Rotor

Der Savonius-Rotor ist wegen seines einfachen Aufbaus der bekannteste Rotor mit vertikaler Achse. Er hat einen sehr geringen Leistungsbeiwert von 0,15. Das heißt, er kann maximal 15 Prozent der kinetischen Energie des Windes entnehmen.

Er wird nur bei spezifischen Anwendungen (kleine Leistung bei hohem Drehmoment, Anlauf bei niedriger Windgeschwindigkeit, o.ä.) eingesetzt. Diese Anwendungen sind zum Beispiel kleine Pumpenanlagen, drehende Werbungen, Lüfter auf Lieferwagen oder Spielzeuge.


Das Schalenkreuzanemometer

Das Schalenkreuzanemometer wird, da es einen sehr geringen Leistungsbeiwert von  cP.max ≈ 0,08 besitzt, nicht zur Energiegewinnung eingesetzt. Es wird hauptsächlich zur Messung von Windgeschwindigkeiten verwendet.

Da eine geschlossen Halbkugel einen geringeren Widerstandsbeiwert cw besitzt als eine offene Halbkugel dreht sich das Schalensternanemometer. Es kann allerdings nur die horizontale Komponente des Windes erfassen.

Vertikale Auftriebsläufer: Der Darrieus-Rotor

Ein moderner Rotor mit vertikaler Achse, der nach dem Auftriebsprinzip arbeitet, ist der Darrieus Rotor. Dieser wurde 1925 vom Franzosen George Darrieus (* 24. September 1888 in Toulon, Frankreich; † 15. Juli 1979) erfunden und 1931 in den USA patentiert.

Ein Darrieus-Rotor besteht aus mehreren (meist zwei bis vier) senkrechten auf einer Bogenlinie gekrümmten Blättern, die an einer vertikalen Drehachse befestigt sind. Diese erfahren je nach Winkellage beim Umlauf eine veränderliche Anströmung und Auftriebskraft, so dass sich kein gleichmäßiges Drehmoment ergibt. Der maximale Leistungsbeiwert ist etwas geringer als bei Auftriebsläufern mit horizontaler Achse. Darrieus-Rotoren können nicht von selbst anlaufen. Beim Start der muss der Generator als Motor funktionieren und den Rotor auf Drehzahl bringen.

H-Darrieus Rotor

Diese Variante des Darrieus hat gerade Rotorblätter, die über eine Halterung an der senkrechten Welle befestigt sind. Bei kleinen Windenergieanlagen mit geringer Leistung (< 10 kW) sind Darrieus-Rotoren mit geraden Rotorblättern, so genannte H-Rotoren, verbreitet.



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Quelle: www.wind-energie.de/infocenter/technik/funktionsweise/horizontalachser