Die Animation zeigt, wie sich verschiedene Parameter (z. B. Windgeschwindigkeit, Blattanzahl) auf die Rotorblattform einer Windkraftanlage auswirken. In der Animation können mehrere Parametersätze verändert werden. Das Resultat wird sowohl als Kurve als auch als 3D-Modell angezeigt.
Hinweis zur Benutzung
Die Fenster können wie bei allen Animationen durch einen Klick vergrößert oder verkleinert werden.
Der Rotor der Windkraftanlage kann aus mehreren vorgegebenen Perspektiven angeschaut werden:
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Erläuterungen
Grundlage der Berechnung ist die sog. Betz-Formel. Die Betz-Formel definiert die Blatttiefe in Abhängigkeit vom Abstand der Rotornabe. Als Flügelprofile kommen in der Animation NACA-Profile zum Einsatz, die auch tatsächlich beim Bau einiger Windkraftanlagen verwendet werden.
Die Betz-Formel kann wie folgt dargestellt werden (Hein 2013):
\[ t(r) = \frac{8}{9} \cdot \frac{1}{Z} \cdot \frac{1}{C_a} \cdot \frac{1}{n} \cdot \frac{v_1^2}{\sqrt{\left(\frac{2}{3} v_1\right)^2 + \left(2 \pi \cdot r \cdot n\right)^2}} \]
In der Tabelle können alle Parameter verändert werden:
- Flügelzahl Z
- Auftriebsbeiwert Ca
- Auslegungsdrehzahl n
- Länge des Flügels l
- Windgeschwindigkeit v in m/s
Der Auftriebsbeiwert ist ein Parameter, der nur empirisch oder durch Simulation bestimmt werden kann.
Die Auslegungsdrehzahl legt fest, ob es sich eher um einen Schnellläufer mit geringem Drehmoment oder um einen Langsamläufer mit hohem Drehmoment handelt.
Hinweis: Um die Kurve anzuzeigen, klicken Sie doppelt auf das 3D-Modell.
In der Animation können Windkraftanlagen mit bis zu 9 Rotorblättern konstruiert werden, obwohl sich rechnerisch zeigen lässt, dass Anlagen mit 3 Rotorblättern den höchsten Wirkungsgrad haben. Windkraftanlagen mit mehr als 3 Rotorblättern kommen heute noch bei besonderen Anwendungszwecken zum Einsatz. Ein Beispiel ist der Betrieb von Pumpen. Die Begrenzung auf 9 Rotorblätter hat animationstechnische Gründe, weil die hohe Zahl der Polygone die Rechenleistung eines normalen PCs ausreizt.
Die Windgeschwindigkeit ist abhängig von den Gegebenheiten vor Ort. Dieser Wert wird durch Messungen und statistische Auswertungen gewonnen.
Rotorblätter werden im Windkanal nicht nur auf Effizienz getestet, sondern auch auf Geräuschemissionen. Die lautesten Stellen liegen meist an der Blattspitze und können durch gezackte Kanten („Serrations“) deutlich leiser gemacht werden. Einige Hersteller experimentieren sogar mit eulenflügelinspirierten Mustern, weil Eulen besonders lautlos fliegen. Außerdem beeinflussen Temperatur und Luftfeuchtigkeit die Leistungsfähigkeit einer Anlage stärker, als man denkt — kalte, dichte Luft liefert mehr Energie, warme, dünne Luft weniger. Solche Effekte werden in modernen Simulationen berücksichtigt, damit Rotorblätter möglichst unter vielen Bedingungen optimal arbeiten.
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HD-Animationen
Web-Animationen
Überblick und Download
| Titel | Konstruktion von Rotorblättern für Windkraftanlagen |
| Zielgruppe | Lehrer/innen und Vortragende |
| Plattformen | Microsoft® Windows® |
| Features | Vollbildmodus verlustfreie Vergrößerung Großbildschirme und Leinwände unterstützt |
| Lizenz | Freeware |
| Download | Kontakt |
Contributors
C. Hein, S. Rikowski
Quellangaben
- 3D-Engine für 3D-Modell: Papervision3D 2.0
- Flügelprofile (NACA 4412, 4418, 4421): http://www.ae.illinois.edu/m-selig/ads/coord_database.html
- Autorenwerkzeug (Steuerungselemente mitgeliefert): Adobe Animate
- Hein, Christian (2013): [Ohne Titel]. URL: http://www.unimuenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/technik_didaktik/energietechnik_nutzung_windenergie.ppt [Letzter Zugriff: 18.02.2013].