Installation einer Windkraftanlage. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Moderne Windkraftanlagen sind Maschinen, die Windenergie in mechanische Energie eines rotierenden Windrades und dann in elektrische Energie umwandeln.

Derzeit werden hauptsächlich zwei Bauformen von Windkraftanlagen verwendet (siehe Abbildung): horizontal-axiale und vertikal-axiale Windkraftanlagen. Beide Arten von Windkraftanlagen haben ungefähr den gleichen Wirkungsgrad, am weitesten verbreitet sind jedoch Windkraftanlagen des ersten Typs. Die Leistung von Windkraftanlagen kann zwischen Hunderten Watt und mehreren Megawatt liegen.

Bisher wurden bei Windkraftanlagen Windkraftanlagen des sogenannten „aktiven“ Typs (Karusselltyp, Savonius usw.) eingesetzt, die die Kraft des Winddrucks nutzen (im Gegensatz zu den oben genannten Windkraftanlagen, die Auftrieb nutzen). Allerdings haben solche Anlagen einen sehr geringen Wirkungsgrad (weniger als 20 %), weshalb sie derzeit für die Produktion geeignet sind.

Die Hauptkomponenten von Installationen beider Typen:

• ein Windrad (Rotor), das die Energie der entgegenkommenden Windströmung in mechanische Rotationsenergie der Turbinenachse umwandelt. Der Durchmesser des Windrades reicht von mehreren Metern bis zu mehreren zehn Metern. Die Drehzahl beträgt 15 bis 100 U/min. Bei an das Netz angeschlossenen Windkraftanlagen ist die Drehzahl des Windrads in der Regel konstant. Für Inselsysteme mit Gleichrichter und Wechselrichter – normalerweise eine Variable;
• Multiplikator – eine Zwischenverbindung zwischen dem Windrad und dem elektrischen Generator, die die Rotationsfrequenz der Windradwelle erhöht und die Abstimmung mit der Generatordrehzahl gewährleistet. Die Ausnahme bilden Windkraftanlagen mit geringer Leistung und speziellen Permanentmagnetgeneratoren. Multiplikatoren kommen bei solchen Windkraftanlagen üblicherweise nicht zum Einsatz;
• ein Turm (manchmal mit Stahlstreben verstärkt), auf dem ein Windrad montiert ist. Bei Windkraftanlagen mit hoher Leistung erreicht die Turmhöhe 75 m. Meist handelt es sich dabei um zylindrische Masten, es werden aber auch Gittermasten verwendet;
• Sockel (Fundament), der verhindern soll, dass die Installation bei starkem Wind herunterfällt.

Zum Schutz vor Ausfällen bei starken Windböen und Orkanen schalten zudem fast alle Hochleistungs-Windenergieanlagen automatisch ab, wenn die Windgeschwindigkeit den Grenzwert überschreitet. Zu Wartungszwecken müssen sie mit einer Bremseinrichtung ausgestattet sein. Horizontalaxiale Windkraftanlagen verfügen über eine Vorrichtung, die eine automatische Ausrichtung des Windrades in Windrichtung ermöglicht.

Die Größe der Windkraftanlage richtet sich nach dem Verwendungszweck. Das Hauptmerkmal, das die Größe dieser Anlagen bestimmt, ist die Leistung der Windkraftanlage. Für den Netzbetrieb können beispielsweise Windkraftanlagen mit einer Leistung von 50 kW und mehr eingesetzt werden.

Windkraftanlagen mit geringerer Leistung werden meist autonom eingesetzt. Beispielsweise kann eine Windkraftanlage zur Stromversorgung eines Wohngebäudes je nach Belastung und Stromverbrauch eine Leistung von mehreren hundert W bis 10 kW haben. Solche Windkraftanlagen verfügen in der Regel über einen AB und in vielen Fällen einen Dieselgenerator als Ersatzenergiequelle für lange Windstilleperioden. Kleine Unternehmen und abgelegene Dörfer können Windkraftanlagen mit deutlich höherer Leistung nutzen. Turbinen mit geringer Leistung (weniger als 1 kW) können zum Laden von Batterien und zum Betreiben einer kleinen Last (Kommunikation, Beleuchtung, Elektrowerkzeuge, Fernseher usw.) verwendet werden.

Autoren: Kargiev V.M., Martirosov S.N. usw.

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