Leistungen Windenergie - Vorteile der Vertiaklachsturbine

 

Vorteile

Bei vertikal stehender Rotationsachse braucht man nicht den Rotor zur Windrichtung nachführen. Der Rotor ist meist zweipunkt-gelagert, wodurch die Belastungen durch Gewicht, Schwingungen und andere im Betrieb auftretende mechanische Kräfte besser verteilt und aufgefangen werden können.

Der Generator kann am Boden angeschlossen sein, was die Konstruktion vereinfacht und den Betrieb sicherer macht. Die Flügel werden von der Schwerkraft immer gleichmäßig belastet, weshalb hierdurch keine materialbelastenden Schwingungen auftreten können. Der Geräuschpegel bewegt sich in tolerierbaren Grenzen. Bei direkter Nutzung mechanischer Kraft wie auch bei der Umwandlung in elektrische Energie kann diese an der am Boden gelagerten Rotorwelle leichter abgenommen bzw. erzeugt werden. Turbulenzen, wie sie an 80 % der möglichen Standorte mit guten Windverhältnissen vor allem in Bodennähe auftreten, werden von Läufern mit vertikaler Rotordrehachse hervorragend toleriert und genutzt, ohne nennenswerte Wirkungsgrad-Verluste.

Die konstruktiven Vorgaben sind durch die Möglichkeit, Anlagen mit vertikaler Rotordrehachse auf einer Kreisbahnlagerung am Boden auf breiter Fläche zu lagern insofern stark erweitert, als damit Größenabmessungen realisierbar sind, die für Anlagen mit horizontaler Rotordrehachse heutzutage technisch unmöglich erscheinen.

Dies wurde bereits als Konzept mit aerodynamischen Flügelprofilen genau so wie bei einem Darrieus-Rotor, den man mit zur Strömung nachgeführten Flügeln konzipiert, in England und Amerika als Patentanmeldung eingereicht. Insbesondere für Anwendungen an Land gilt, dass eine Turbine mit vertikaler Rotationsachse wegen der dort gut aufgefangenen Lastverteilung durch Zweipunktlagerung vorteilhaft in Systeme integriert werden kann, die die Möglichkeit einer vorherigen Konzentration der Strömungsenergie durch speziell dafür entworfene feststehende Einleitflächen ähnlich einer Mantelturbine nutzt.

Es ist bei Rotoren mit vertikaler Drehachse auch vorstellbar, verstärkte Strömungen beispielsweise hinter baulichen Hindernissen, in Bergschluchten, in Tunneln und in Hanglagen zu nutzen. Dort kommt in besonderem Maße die gute Turbulenzverträglichkeit aller Anlagen mit vertikalen Rotationsachsen zum Tragen. Auch mag es eine interessante Herausforderung für Architekten sein, einem Bauentwurf ein besonders strömungsverstärkendes Profil zu geben, das durch solche Turbinen dann zur Energieerzeugung genutzt werden kann

 

Nachteile

Die Flügel einer Windkraftanlage mit vertikaler Rotordrehachse stehen in einem Viertel des Rotordrehkreises in einer zur Strömung ungünstigen und energetisch nicht nutzbaren Position. Sie können deshalb auf bestenfalls drei Vierteln ihres Drehkreises den Wind tatsächlich nutzen, in ungünstigen Fällen, je nach Rotortyp und der Art der Flügel, kann es sogar nur die Hälfte sein. Unter den historischen Modellen dieser Bauart trifft dies etwa auf die persische Windmühle zu.

Ein Leistungsbeiwert um etwa 0,3 ist für einen Rotor mit vertikaler Drehachse also eine sehr gute Leistung. Ausgeglichen wird dieser Nachteil des geringeren Wirkungsgrades, wenn der Standort eine turbulente Strömungscharakteristik aufweist. Dann nämlich werden bei einem horizontal liegenden Läufer die Flügel von der wechselnden Strömung oft falsch angeblasen, weshalb der Wirkungsgrad stark schwanken kann, während er bei einem Rotor mit vertikaler Achse konstant – wenn auch niedrig – bleibt.

Ein weiterer Nachteil der vertikalen Bauweise sind die Schwingungen und Belastungen der Flügelkonstruktion und deren Halterungen, die der zyklisch auftretende Lastwechsel verursacht, die wiederum durch die unterschiedliche Reaktion der Blätter oder Flügel auf die Strömung im Drehkreis entstehen. Hinzu kommt, dass je nachdem, auf welcher Seite ihres Drehkreises die Flügel beziehungsweise Blätter gerade durch die Strömung laufen, sei es nun auf der Luv- oder auf der Leeseite des Rotors, auch die Seite wechselt, von der sie angeströmt werden.

Der Effekt dieser Lastwechsel ähnelt oberflächlich betrachtet einer durch ungleichmäßige Masseverteilung verursachten Unwucht und kann relativ starke Belastungen auf die Konstruktion ausüben.

 

Einzigartiges Konzept der Clean Vertec Anlagen von EN.CONSULT.ING:

Um die systembedingten Nachteile von Vertikalachsturbinen auszugleichen, hat Clean Vertec mit  der neuen Anlagenserie ein Produkt geschaffen das darauf ausgelegt ist, alle systemischen Vorteile einer Vertikalachsturbine bestmöglich auszunutzen, und etwaige systemischen Nachteile fast gänzlich zu kompensieren.

Die Rotorblätter von Clean Vertec Anlagen sind dynamisch gewuchtet und ineinander verwunden. Dadurch wird erreicht, dass die normalerweise bei senkrecht stehenden Rotorblättern auftretenden Schwingungen (infolge der zyklischen Lastwechsel) auf ein Minimum reduziert werden. Die Lebensdauer der Anlage verlängert sich, aufwendige Schwingungsdämpfer werden größtenteils vermieden und Masten können geringer dimensioniert werden.

Weitere Vorteile der Clean Vertec Anlage:

• Geringe Schallemissionswerte
• Geringer Schattenwurf
• Selbstanlauf des Rotors schon bei geringen Windgeschwindigkeiten

 

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