Environmental Engineering Reference
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physikalische Grenze
0.6
0.4
..
Windmuhle
0.2
Einblattrotor
Zweiblattrotor
Dreiblattrotor
2
7
12
17
Schnelllaufzahl
Abb. 6.36
Die Abhängigkeit des Wirkungsgrads
η
einer Windkratanlage von der Schnellaufzahl.
Die Windmühle erreicht den maximalen Wirkungsgrad bei einer relativ geringen Umlaufgeschwin-
digkeit des Rotors, moderne Windräder drehen sich bei gegebener Windgeschwindigkeit um so
schneller, je weniger Flügelblätter der Rotor besitzt
s
−
übersteigt. Mit steigender Windgeschwindigkeit
nimmt die gewandelte Leistung dann sehr schnell zu und kann bei
einen minimalen Wert
v
=
m
⋅
min
s
−
so hohe
Werte erreichen, dass die Anlage abgeschaltet werden muss, weil sie anderenfalls zerstört
würde. Aber schon bei Windgeschwindigkeiten ab
v
>
m
⋅
s
−
wird der Umwandlungs-
prozess so gesteuert, dass
P
WKA
den maximal zulässigen Wert nicht übersteigt.
Auf der P-Ebene werden wir berechnen, dass der Wirkungsgrad einer Windkratanlage
aufgrund der Strömungsphysik nicht größer als
v
≈
m
⋅
η
max
=
,
(6.86)
sein kann. Die tatsächlich erreichbaren Werte sind immer kleiner, sie hängen über die
Schnelllaufzahl
s
von der Windgeschwindigkeit und der Anzahl der Flügelblätter des Ro-
torsab,wieesinAbb.
6.36
gezeigtist.UnterderSchnelllaufzahlverstehtmandasVerhältnis
von der maximalen Umlaufgeschwindigkeit
v
U
des Rotors und der Windgeschwindigkeit
v
:
=
v
U
v
s
.
(6.87)
Je größer die Schnelllaufzahl, um so weniger Flügelblätter besitzt der Rotor einer Wind-
kratanlage.DasMaximumdesWirkungsgrads,dermiteinemgegebenenRotortyperreicht
werden kann, liegt bei
η
≈
,.
(6.88)
Dieser maximale Wirkungsgrad wird durch zusätzliche Anlagekomponenten reduziert, die
für den Betrieb der Anlage und die Umwandlung in elektrische Energie benötigt werden.
