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Tutorial: Rotor und Pitch

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Je größer die Anlage desto mehr Energie

Große Windkraftanlagen produzieren um ein Vielfaches mehr Energie als ihre kleinen Geschwister. Es ist leicht zu verstehen, warum das so ist.
Windkraftanlage der Marke Enercon

In der Frontalansicht wird klar: die Luft, die pro Sekunde durch die Anlage weht, hat die Form eines Zylinders.

Die Energie steckt in der Masse der Luft

Die Energie des Windes ist eine kinetische Energie, also eine Bewegungsenergie. Die Energie eines sich bewegenden Körpers ist abhängig von dessen Geschwindigkeit und seiner Masse - im Volksmund dem „Gewicht“.
 
Dass der Wind, wenn es um seine Bewegungsenergie geht, als „Körper“ mit einer „Masse“ angesehen wird, erscheint zunächst verwirrend. In einem Gedankenspiel wird dies deutlich:
 
In einem Zeitlupen-Film wird eine Windkraftanlage über einen Zeitraum von zehn Sekunden aus der Seitenansicht beobachtet. Der Wind weht von rechts nach links durch die Anlage hindurch. Zum Beginn der Beobachtung ist die Luft exakt rechts der Windkraftanlage durch gefärbten Rauch gekennzeichnet, links davon ist sie klar. In dieser Ausgangslage wird der Film gestartet.
Hat nun der Wind zehn Sekunden lang gefärbte Luft von der rechten Seite der Anlage auf die linke befördert, wird der Film gestoppt. Nun wird die Länge der farbigen Luft links der Anlage gemessen. Natürlich ist diese Länge umso größer, je höher die Windgeschwindigkeit ist.
 
Eine Länge macht aber noch keinen Körper. Daher wird die Beobachterposition nun so geändert, dass die Kamera von vorne exakt horizontal auf den Rotor der Windkraftanlage gerichtet ist. Aus dieser Perspektive wird deutlich, dass die von den Rotorblättern überstrichene Fläche ein Kreis ist.
 
Die Menge Luft, die in den zehn Sekunden Beobachtungszeit durch die Anlage geweht ist, entspricht also einem Zylinder, der geometrischen Form einer Küchenrolle. Die Länge des Zylinders entspricht der gemessenen Länge der gefärbten Luft links der Anlage. Der Durchmesser des Zylinders entspricht der doppelten Länge der Rotorblätter.

 
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