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Technologie - Was macht SkyWind Windkraftanlagen robust und leistungsfähig?

Einen SkyWind Rotor erkennt man auf den ersten Blick. Doch was steckt hinter der charakteristischen Rotorgeometrie? Zunächst jahrelange Entwicklung, denn der Rotor unseres Kraftwerks erfährt mehr Belastung als man auf den ersten Blick vermuten würde. Wussten Sie zum Beispiel, dass...

- der Rotor Drehzahlen bis 1.500 U/min erreicht?
- unsere Blattprofile sich mit Geschwindigkeiten über 450km/h bewegen?
- die angreifende Windkraft sich binnen Bruchteilen von Sekunden verändert?

Mit jedem Zentimeter den ein Punkt weiter von der Welle entfernt liegt, verändern sich Winkel und Geschwindigkeit der Luftströmung. Während die Blattspitze sich sehr schnell bewegt und die Luft aufgrund der ‘Dreh’geschwindigkeit fast von vorne anströmt, ist in der Nähe der Gondel das Gegenteil der Fall - die Strömung ist langsam und kommt fast genau aus Richtung des Windes. Was bedeutet das für eine Windkraftanlage?

    1. Ein effizienter Rotor muss an jedem Punkt des Rotors auf eine anderen Luftströmung angepasst sein.
    2. Ein starrer (nicht in sich verdrehter) Flügel ist  an einem Punkt passend, an allen anderen jedoch falsch eingestellt.
    3. Stimmen Flügelstellung und Strömung nicht genau überein ergeben sich starke Geräusche und Verluste

Besonders gut lässt sich das zum Beispiel auch an Rotoren der Marke Enercon erkennen. Diese Anlagen weisen mit die höchste Effizienz am Markt auf, da sie mit sehr großem Aufwand optimiert wurden. Ihre Rotorblätter sind ebenfalls sehr stark verdreht.


Warum Rotoren aus gekantetem Metall?

Am Ende eines Rotors ist der Flügel nur noch wenige Millimeter dick. Um den enormen mechanischen Belastungen und der UV-Strahlung stand zu halten sind daher teure Materialien und aufwendige Verfahren nötig. Der ‘Knick’ im Profil verleiht unserem, ohnehin schon stabilen, Luftfahrtaluminium zudem eine enorme Steifigkeit. Dabei ist er auch einfacher zu fertigen.

CFD1Gleichzeitig macht es für die Luft, aufgrund der Besonderheiten sehr kleiner Profile, fast keinen Unterschied ob das Profil perfekt rund oder mit leicht stärkeren Wölbungen versehen ist. Und auch hier spielt wieder der Maßstab eine Rolle: Blickt man von außen auf das Profil meint man einen Knick zu sehen. Vergleicht man jedoch die Tiefe des Profils, im schnell umströmten Bereich noch etwa 5 cm, und den Rundungsradius der Knicke, etwa 1cm, ist die Situation eine andere. Der Knick ist plötzlich eine Rundung und der Flügel arbeitet wie ein normales Profil. Im Bild ist dieses Profil zu sehen.

Auch wenn es hier nur ganz grob möglich ist die Besonderheiten zu erklären, lassen sie doch den Sinn unserer Verfahren nachvollziehbar werden. Viele weitere Details wie unsere besondere Beschichtung und die hochgeknickten Enden, sogenannte Winglets, sorgen gemeinsam für eine besonders effiziente Strömung. Dabei wurden unsere Profile mithilfe moderner Computerfluiddynamik ausgelegt und schließlich in der Praxis optimiert. Auch die besonders schlanken Profile sorgen bei einer Anlage dieser Größe für besonders leisen Betrieb sowie eine effiziente und steuerbare Aerodynamik.


Abschließend noch einige fast offensichtliche Punkte die doch gerne übersehen werden: Ein exakt gefertigter und qualitätsgeprüfter Zweiblattrotor ist sehr leicht zu montieren, da einfach nur beide Rotorhälften  übereinander gebracht werden müssen - ein für die Laufruhe und schnelle Montage entscheidender Faktor. Und bricht einmal ein echter Orkan los sind die Sturmlasten eines schlanken Zweiblattrotors viel geringer als bei herkömmlichen Windkraftanlagen - ein wichtiger Aspekt wenn die Anlage nicht auf eigens konstruierten Fundament, sondern zum Beispiel auf einem normalen Hausdach steht.

 

Und die elektrische Seite?

Der Generator des SkyWind wurde für ein vielfaches der bei unserem SkyWind tatsächlich genutzten 1.000 Watt entwickelt. Auch vierzig Jahre nach dem  Bau des ersten Prototypen ist die 16 Pol Kommutatormaschine in vielerlei Hinsicht herausragend. Ihre Stromfestigkeit bis 80 Ampere erlaubt die Abschaltung der Anlage bei jeder Windgeschwindigkeit. Der Einsatz von C8 Keramikmagneten anstelle von Neodymium lässt sie ohne seltene Erden fragwürdiger Herkunft auskommen. Die Keramikmagnete verhindern dank ihrer Temperaturfestigkeit bis 300°C auch die sonst übliche, langsame Entmagnetisierung des Stators durch heiße Sommer. Auch die hoch belastbare, zweifache Kugellagerung des Trommelankers und seine 16mm starke Welle aus gehärtetem Stahl sind für eine Turbine dieser Leistungsklasse absolut einzigartig.

Da die gesamte Maschine mit Gleichstrom unterhalb der 75V Schwelle der EU-Niedrigspannungsrichtlinie arbeitet, ist der Umgang mit dem System zudem einfach und ungefährlich. Besondere Versicherungen sind nicht notwendig, Brandgefahr besteht selbst bei Kabelschäden nicht. Gleichzeitig ist das Betriebsspannungsfeld relativ klein und der zur Anlage zugehörige 230V Netzwechselrichter daher besonders effizient. Denn nur durch die perfekte Abstimmung von Generator und Wechselrichter lässt sich bei einer Windturbine dieser Größe der elektrische Systemeffizienzgrad von ca. 76% erreichen.

Unser Generator steht, wie auch unser patentiertes Rotorblatt für bewährte und langlebige Qualität...

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SkyWind NG
Betreiber: Herr T. Seng
Ort: Cork - Irische Atlantikküste

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