Forscher entwickeln effiziente Kleinwindanlage für Schwachwindgebiete

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung (IAP) haben gemeinsam mit der BBF-Gruppe eine neuartige Klein­wind­anlage entwickelt, die selbst bei sehr geringen Wind­ge­schwin­dig­kei­ten Strom erzeugen kann.

Strom ab 2,7 Meter pro Sekunde

Das System gilt als wichtiger Fortschritt für die dezentrale Nutzung erneuerbarer Energien, insbesondere in Regionen, die bisher als ungeeignet für Windkraft galten. Im Unterschied zu herkömmlichen Kleinwindturbinen, die meist erst ab einer Windgeschwindigkeit von rund vier Metern pro Sekunde anlaufen, beginnt der innovative Rotor der Fraunhofer-Anlage bereits bei 2,7 Metern pro Sekunde zu rotieren.

Damit lässt sich Windenergie künftig auch in schwachwindigen Gebieten effizient nutzen. "Unser Ziel ist es, die Kraft des Windes so effektiv wie möglich in elektrische Energie umzuwandeln", erklärt Marcello Ambrosio, Leiter der Abteilung Simulation und Design in der Forschungsgruppe Polymerwerkstoffe und Verbundsysteme (PYCO) am Fraunhofer IAP.


Windkanaltests zeigten, dass die Anlage bei zehn Metern pro Sekunde eine Drehzahl von bis zu 450 Umdrehungen pro Minute erreicht und eine Leistung von rund 2.500 Watt liefert - rund 83 Prozent mehr als vergleichbare Systeme. Mit einem Wirkungsgrad von 53 Prozent liegt sie nur knapp unter dem physikalischen Maximum von 59 Prozent, das durch das Betz'sche Gesetz vorgegeben ist.

Hohle Rotorblätter

Ein Schlüssel zum Erfolg liegt in der innovativen Rotorblattkonstruktion. Die Blätter bestehen aus zwei leichten Hüllschalen aus Faserverbundwerkstoffen. Diese werden mithilfe eines automatisierten Fertigungsverfahrens hergestellt: Ein Automated-Fiber-Placement-System (AFP) legt die Faserstreifen präzise in eine speziell entwickelte Form, die anschließend mit Harz gehärtet wird. Dadurch entsteht ein hohler Rotorflügel, der bis zu 35 Prozent leichter ist als herkömmliche Varianten mit Schaumkern.

Die flexible Laminatstruktur sorgt zudem dafür, dass sich die Blätter bei Sturm elastisch biegen und aus dem Wind drehen können - ganz ohne aufwendige Steuerungssysteme. So schützt sich die Anlage selbst vor Überlastung. Fünf Prototypen wurden bereits an die BBF-Gruppe ausgeliefert und werden an verschiedenen Standorten getestet. Die Forscher planen nun, die Rotoren weiter zu optimieren und künftig vollständig recycelbare Materialien einzusetzen.


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