Windkonverter Bauarten, Wirkungsgrade, Auslegung

Die Vorlage dieses Buches erfolgt in der Absicht, allen noch nicht mit der einschlägigen Materie vertrauten Angehörigen technisch-naturwissenschaftlicher Berufe, insbesondere auch den im Lehrbereich Tätigen und den Studierenden solcher Berufe, eine Einführung in das Gebiet der Windenergie-Konverter zu geben. Nach einer Erörterung der für eine Nutzung der Windenergie relevanten Voraussetzungen (technisch verwertbares Energiereservoir, Häufigkeitsverteilung und Höhenabhängigkeit der Windgeschwindigkeit) werden die grundlegenden physikalischen Konversionsprinzi­ pien behandelt, worauf sich jeweils eine Abschätzung des maximal möglichen Wirkungs­ grades anschließt. Dieser einleitenden Darstellung folgt eine Übersicht der drei klassischen Konverter-Gru ndtypen: Horizontalachsen-Auftriebskonverter, Vertikalachsen-Auftriebs­ konverter und Vertikalachsen-Widerstands-Konverter. Die Ausführungen beinhalten die Berechnung von Leistungskennlinien bzw. die Abschätzung maximaler Leistungsbeiwerte ebenso wie die Besprechung von Dimensionierungskriterien und sinnvollen Einsatzbe­ reichen, wobei theoretische Ergebnisse - soweit verfügbar - anhand experimentellen Materials aufgearbeitet wird. Die theoretischen Betrachtungen zum Horizontalachsen-Auftriebskonverter folgen den Arbeiten von Betz und Hütter. Im Falle des Vertikalachsen-Auftriebskonverters wird gezeigt, daß trotz des im Vergleich zum Horizontalachsen-Auftriebskonverter noch nicht ganz befriedigenden Erkenntnis­ stands zumindest eine realitätsnahe Abschätzung des maximalen Leistungsbeiwertes mög­ lich ist. Die früheren Rechnungen von Just werden in ihrem Ansatz durch numerische Un­ tersuchungen gerechtfertig und in modifizierter Form nachvollzogen. Durch Anwendung der von Betz für das idealisierte Windrad erhaltenen Resultate auf die Strömungsverhält­ nisse des Vertikalachsen-Auftriebskonverters läßt sich mithilfe eines einfachen Ansatzes das Justsche Ergebnis für den maximalen Wirkungsgrad bestätigen, welches allerdings nur für den geradflügeligen Vertikalachsen-Auftriebskonverter (sog. "H-Darrieus") Gültigkeit besitzt.