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Tutorial: Rotor und Pitch

Der Rotor als Turbine der Windkraftanlage

Bei gutem Wind wehen pro Sekunde 38 Tonnen Luft durch den Rotor der Windkraftanlage. Die Rotorblätter nehmen die Strömungsenergie auf.
Hinteres Zahnrad eines Planetengetriebes

Blick in das Planetengetriebe einer Vestas-Windkraftanlage. Bei Windkraftanlagen mit Getriebe ist dies die Komponente mit der höchsten Verschleißgefahr.

Getriebe und Generator einer Windkraftanlage

Blick in die Gondel einer Windkraftanlage mit Generator: die schwere Maschine im Bildmittelpunkt ist das Getriebe. Als moderates Maschinchen wirkt dagegen der Generator rechts unten.

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Aus Strömungsenergie mach Rotationsenergie

Bevor ein Generator die Energie des Windes in Elektrizität umwandeln kann, muss der Rotor die Strömungsenergie des Windes in Rotation umwandeln. Somit fungiert der Rotor einer Windkraftanlage als Turbine.
 
Turbinen dienen der Umwandlung mechanischer Energie von einer Form in eine andere. Bei einer alten Getreidemühle an einem Fluss stellt also das Wasserrad die Turbine dar, denn mit Hilfe seiner Schaufeln wandelt es die kinetische Energie – also die Bewegungsenergie – des Wassers in eine Drehbewegung um.
 
Die von der Turbine erzeugte Rotationsenergie wird über eine Welle und – je nach System – zusätzlich über ein Getriebe an den Generator weitergegeben. Ein Getriebe ist dann notwendig, wenn die vorgesehene Drehzahl des Generators – seine Nenndrehzahl – nicht der von der Turbine erzeugten Drehzahl entspricht.
 
Die Rotoren von Windkraftanlagen drehen sich üblicherweise mit 15 bis 20 Umdrehungen pro Minute. Diese Drehzahl ist für die Energieerzeugung in einem Generator sehr niedrig.
 
Bei Anlagen mit Getriebe wird diese Rotation daher über die langsam drehende Welle zum Getriebe geführt und hier mit Hilfe einer Übersetzung durch Zahnräder in eine Drehzahl von über 1000 Umdrehungen pro Minute gewandelt. Der Generator einer solchen Anlage kann dann relativ klein bemessen sein. Jedoch werden in dem Getriebe permanent sehr große Kräfte umgesetzt. Es ist daher anfällig für Verschleiß.
 
Bei Anlagen ohne Getriebe muss der Generator sich mit der nierigen Drehzahl des Rotors zufrieden geben. An den Generator stellen sich dann aber deutlich andere Anforderungen: Er ist erheblich größer, schwerer und teurer.

Warum Flugzeuge fliegen können

Der Wind drückt nicht einfach gegen die Rotorblätter, sondern es wirkt ein Auftrieb wie an den Tragflächen von Flugzeugen. weiter

Steuerung der Drehzahl des Rotors

Hat eine Windkraftanlage ihre maximale Leistung erreicht, drehen sich die Rotorblätter um die eigene Achse. Dadurch wird der Rotor „gebremst“. weiter

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. weiter

 

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