Windkraftanlagen prägen das Landschaftsbild vieler Gegenden rund um den Erdball. Doch die überwiegende Mehrheit sind horizontale Windkraftanlagen. Dabei entwickelten Menschen zunächst vertikale Windkraftanlagen mit senkrechter Achse.
Beim Anblick einer Windkraftanlage mit einer vertikalen Rotorachse könnte man meinen, dass sie nicht aus diesem Zeitalter stammt. Ihr Design wirkt futuristisch, wie aber sieht es mit den Fakten aus: Ist diese Bauart effizienter als eine horizontale Windkraftanlage?
Vertikale Windkraftanlagen: Geschichte
Der genaue Ursprung der vertikalen Windräder ist nicht bewiesen. Historiker gehen jedoch davon aus, dass sie etwa 3.000 Jahre alt sind. Konkrete Beweise hat man in Persien und Afghanistan gefunden: Dort sollen sie um 644 nach Christus zum Getreidemahlen zum Einsatz gekommen sein. Weiter im Osten nutzen die Bewohner Chinas Windräder zum Wasserschöpfen.
Die ersten horizontalen Windräder kamen in Deutschland ab dem 13. Jahrhundert zum Einsatz: Die Deutsche Bockwindmühle wurde zum Mahlen von Mehl konzipiert und bestand aus 20 einzelnen Teilen (siehe dieses PDF Seite 4), darunter raffinierte Komponenten wie ein Bremsseil sowie ein Kammrad mit Backenbremse.
Vertikale Windkraftanlagen: Bauformen & Funktionsweisen
Im Vergleich zu horizontalen Windkraftanlagen gibt es laut dem Bundesverband WindEnergie bei den vertikalen Modellen drei verschiedene Bauformen, die sich durchgesetzt haben.
1. Darrieus-Rotor:
Dieser nach dem Auftriebsprinzip arbeitende Rotor wurde 1925 von seinem Namensgeber George Darrieus erfunden. Er besteht aus mindestens zwei senkrechten, gekrümmten Blättern. Eine Abwandlung der Anlage ist der H-Darrieus-Rotor, dessen Blätter gerade geformt sind.
2. Savonius-Rotor:
Der Leistungswert dieses Rotors ist geringer als beim Darrieus-Modell; er entnimmt dem Wind bis zu 15 Prozent der kinetischen Energie. Aus diesem Grund eignet sich der Rotor nur für wenige Einsatzzwecke, zum Beispiel Lüfter auf Lieferwagen oder kleinen Häusern sowie für drehende Werbungen.
3. Schalenkreuzanemometer:
Der Leistungsbeiwert dieses Modells ist halb so groß wie beim Savonius-Rotor (0,08 CP.max). In der Praxis wird der Schalenkreuzanemometer verwendet, um Windgeschwindigkeiten zu messen.
Vertikale Windkraftanlagen: Wirkungsgrad, Effizienz & Vorteile
Der angesprochene Leistungsbeiwert ist das Indiz auf den Wirkungsgrad eines Windrades. Er kann nicht größer als 59 Prozent sein, da Verluste von dem Generator und Getriebe in Kauf genommen werden müssen.
Im Vergleich zur horizontalen Bauweise sind vertikale Windkraftanlagen ineffizienter. Horizontalläufer erreichen beinahe den maximalen Effizienzwert (rund 50 Prozent); die vertikalen Kollegen schaffen bis zu 40 Prozent.
Neben dem Leistungsbeiwert spielt auch das Preis-Leistungs-Verhältnis eine Rolle: Horizontale Anlagen haben sich durchgesetzt und sind deshalb in der Anschaffung günstiger; ergo ergibt sich ein besserer Preis je Kilowatt Leistung.
Bei vertikalen Windrädern spielt nicht nur die Investitionshöhe eine Rolle, sondern die Stromgestehungskosten: Da ihre Effizienz geringer ist, produzieren sie weniger Strom als Horizontalläufer.
Trotz der genannten Nachteile gibt es einige Vorteile:
- gut geeignet für Städte
- simple Wartung
- Genehmigungsbehörden akzeptieren sie häufiger
Vertikale Modelle bei Kleinwindanlagen beliebt
Auch wenn sich vertikale Windkraftanlagen im Industriesektor nicht durchsetzen konnten, scheinen sie bei Privatpersonen beliebt zu sein. Der Marktreport Kleinwindanlagen 2016 hat erstmals die vertikalen Modelle aufgenommen.
Die Mini-Windräder werden von Verbrauchern zur Eigenversorgung installiert und ergänzen die Solarstromanlage; Privatpersonen wollen auf diese Weise das ganze Jahr über unabhängig von ihrem Stromversorger leben.
Derzeit leidet der Markt unter einer geringen Nachfrage, die in teuren Fertigungskosten für vertikale Kleinwindanlagen resultiert. Je mehr Privatanwender die Windräder kaufen, desto schneller gehen die Kosten nach unten.
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