Technik der Windenergienutzung

Das typische Erscheinungsbild heutiger Windenergieanlagen ist der 30 bis 100 Meter hohe Turm, auf dem der Turmkopf (auch Gondel genannt) sitzt. Ein, zwei oder drei aerodynamisch optimierte Flügel werden durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt, die ein Generator≡Generator≡ Ein Generator wandelt mechanische Energie (z.B. die Drehbewegung einer Verbrennungsmaschine oder einer Dampfturbine) in elektrische Energie. Diese Technologie stellt die heutige Grundlage der Stromerzeugung dar. Mit der Gewinnung von Strom aus Solarstrommodulen (Fotovoltaik) oder aus der Brennstoffzelle stehen Technologien zur Stromgewinnung auf direktem physikalischen oder chemischen Weg zur Verfügung. in Strom≡Strom≡ Strom ist der Fluss von Ladungsträgern in einem elektrischen Leiter. Durch einen eingeschalteten elektrischen Verbraucher, z.B. eine Glühlampe, fließt ein Strom. Der Strom wird angetrieben von der Spannung, die an den beiden Polen bzw. Kontakten des Verbrauchers anliegt. Die Höhe des Stromes (Stromstärke) ist abhängig von der Höhe der Spannung und des elektrischen Widerstandes des Leitungsnetzes und des elektrischen Verbrauchers. umwandelt.

Die Bauweise mit wenigen Flügeln führt zu schnell drehenden Rotoren, die Vorteile für die Energiewandlung mit Generatoren bieten. In Gegensatz dazu bringen langsamer laufenden Vielflügler ein größeres Drehmoment. Sie eignen sich daher besser für direkte mechanische Anwendungen (Mühlen, Pumpen).

Die Drehzahlen der Rotoren liegen je nach Leistungsklasse und Blattanzahl zwischen 15 und 200 Umdrehungen pro Minute. Um mit konventionellen Generatoren Strom zu erzeugen werden jedoch Drehzahlen zwischen 1000 und 1500 U/min benötigt. Getriebe haben in der Vergangenheit diese Aufgabe der Drehzahlerhöhung übernommen. Dabei überträgt der sich drehende Rotor die Energie≡Energie≡ Energie ist die Fähigkeit eines Energieträgers eine physikalische Arbeit zu verrichten. Sie kann die Wohnung oder Wasser erwärmen, Licht erzeugen, einen Motor drehen, einen Zug bewegen usw.. Angegeben wird die Energiemenge in kWh oder Joule. über eine Welle an ein Getriebe. Am Abtrieb des Getriebes befindet sich- über eine Bremse angekoppelt- der Stromgenerator. Bildquelle: Verbraucherzentrale NRW

Die Getriebe haben sich in der Vergangenheit als störanfällig erwiesen und waren auch für einen erhöhten Lärmpegel verantwortlich. In den letzten Jahren hat sich die Situation grundlegend geändert. Einerseits werden stark verbesserte und zuverlässigere Getriebe eingesetzt, andererseits werden zunehmend auch die leisen, getriebelosen Windenergieanlagen angeboten. Getriebelose Windenergieanlagen weisen eine deutlich kürzere Gondel bei größerem Durchmesser auf. Die Rotorblätter sitzen bei diesem Typ direkt auf der Generatorwelle. Durch eine generell andere Konstruktion des Generators ist eine Drehzahlerhöhung bei diesem Typ nicht notwendig.

Eine Regelung von Windenergieanlagen ist erforderlich um eine konstante Drehzahl zu erreichen und bei höheren Windgeschwindigkeiten eine Überlastung der Anlage zu vermeiden. Sie erfolgt bei modernen Windenergieanlagen in dem die Rotorblätter sich um ihre Längsachse drehen. Diese Blattverstellung (pitch-Regelung) verkleinert die Angriffsfläche des Windes und reduziert so das Drehmoment.

Die maximale Leistung≡Leistung≡
Die Leistung ist die pro Zeiteinheit umgesetzte oder verbrauchte Energiemenge (Wärme oder Strom). Die Einheit der Leistung ist das Watt (Kurzzeichen W, 1000 W = 1 kW - ein kiloWatt). Die in Anspruch genommene oder abgegebene Leistung ergibt sich, indem die verbrauchte Energiemenge (angegeben in kWh) durch die Zeit (in Stunden h) dividiert wird. Ein Heizgerät mit einer Leistung von 2 kW (Heizkörper, Elektrokonvektor o.ä.) verbraucht bei ununterbrochenem Betrieb in einer Stunde 2 kWh Wärme ab und verbraucht dabei auch 2 kWh Energie. angebotener Serienanlagen liegt heute bei etwa 2,5 MW≡MW≡
MW ist die Kurzbezeichnung für MegaWatt (Leistung), 1MW = 1.000 kW (kiloWatt) = 1.000.000 W (Watt). Der Trend geht eindeutig in Richtung großer Anlagen, um die wenigen guten Windstandorte besser auszunutzen. Außerdem sinken mit steigender Leistung die spezifischen Kosten pro kiloWatt installierter Leistung.

Windenergieanlagen arbeiten≡Arbeit≡
Arbeit im physikalischen Sinne stellt die in einem Vorgang verbrauchte Wärme- bzw. Energiemenge dar. Die physikalische Einheit ist die kiloWattstunde (kWh). Eine Energiemenge von einer kWh wird verbraucht, wenn z.B. ein Heizgerät mit einer Anschlussleistung von 1 kW eine Stunde ununterbrochen in Betrieb ist.  überwiegend im Netzparallelbetrieb≡Netzparallelbetrieb≡
Mit Netzparallelbetrieb bezeichnet man ganz allgemein den parallelen Betrieb einer Stromerzeugungsanlage am vorhandenen Stromnetz. Konkret versteht man darunter meist eine Schaltungsart einer Solarstromanlage mit Wechselrichter, bei der der erzeugte Wechselstrom vor dem Hausstromzähler über einen Rückspeisezähler eingespeist wird. Dadurch besteht die Möglichkeit Stromüberschüsse der Solaranlage in das Versorgungsnetz einzuspeisen und dafür eine gesetzlich garantierte Vergütung (Einspeisevergütung nach dem EEG) zu erhalten. Dieser Netzparallelbetrieb ist auch mit BHKW (Kraft-Wärme-Kopplung) Windenergieanlagen, oder Stirlingmaschinen mit Generator üblich.. Anlagen bis 30 kW können an das Niederspannungsnetz (Hausanschluss) angeschlossen werden. Größere Anlagen erfordern eine Einspeisung in die Mittelspannungsebene (10 bis 20 kV).