Was bekommt man heraus wenn man bei einem Windrad die Umfangsgeschwindigkeit durch die Windgeschwindigkeit dividiert, welche Aussage hat dieser Wert?

3 Antworten

Franz1957 hat die Physik auf der Windseite bestens beschrieben. Auf der Generatorseite muss entsprechend das Drehmoment so geregelt werden, dass das Windrad nicht zu sehr abgebremst wird. Je nach Regelung muss aber zunächst die Generatordrehzahl (direkt oder über ein Getriebe) auf die Netzfrequenz oder einen ganzzahligen Bruchteil davon gebracht werden, also auch das Windrad mir der entsprechenden Drehzahl laufen. Den Rest macht dann die Regelung. Bei vielen Anlagen steigt daher die abgegebene Leistung zunächst mit zunehmender Windgeschwindigkeit an, wird aber dann bei Nennleistung abgeregelt.

Von Experte biggestmaxi bestätigt

Die Umfangsgeschwindigkeit dividiert durch die Windgeschwindigkeit ergibt die Schnelllaufzahl. Die ist wichtig für die aerodynamische Berechnung der Rotorblätter, genauer gesagt für den richtigen Anstellwinkel des Profils.

https://de.wikipedia.org/wiki/Schnelllaufzahl

Die nichtlineare Beziehung zwischen Windgeschwindigkeit und Leistung kommt daher, daß erstens die kinetische Energie des Kubikmeters Luft mit dem Quadrat der Geschwindigkeit steigt, und daß zudem noch die Zahl der Kubikmeter, die pro Sekunde durch eine gegebene Turbinenfläche strömen, mit der Geschwindigkeit steigt. Das ergibt eine Funktion mit der Windgeschwindigkeit hoch 3.

https://de.wikipedia.org/wiki/Windenergie#Physikalische_Grundlagen

Wie viel Energie man höchstens aus dem Wind herausnehmen kann, sagt das Betzsche Gesetz. Es sind 16/27 der Energie, die der Wind transportiert. Nimmt man einen größeren Anteil heraus, bremst man den Wind dadurch so sehr ab, daß man weniger herausbekommt.

https://de.wikipedia.org/wiki/Betzsches_Gesetz

elefant4711 
Fragesteller
 06.02.2022, 17:50

Hierbei handelt es sich um eine vertikale Kleinwindkraftanlage, das habe ich vergessen zu schreiben. Anstellwinkel und automatische Anpassungen wie bei einer horizontalen Anlage wären hier dann nicht gegeben.

Wäre es bei 2m/s dann weniger oder mehr als 10W, wenn es bei 3m/s 15w wären? Wie läuft die Kennlinie.

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Franz1957  06.02.2022, 19:35
@elefant4711

Für die Leistungsdichte des Windes und für die 16/27, die man davon entnehmen kann, spielt es überhaupt keine Rolle, wie die Anlage aussieht.

Die Leistungsdichte des Windes (Watt pro Quadratmeter durchströmte Fläche) ist:

wv = (ρ/2) v^3.

Siehe: https://de.wikipedia.org/wiki/Windenergie#Physikalische_Grundlagen

Wenn die Windgeschwindigkeit v statt 3 m/s jetzt nur 2 m/s ist, dann ist die dritte Potenz davon statt 27 (m/s)^3 nur noch 8 (m/s)^3, und die Leistung fällt entsprechend von 15 Watt auf (8/27) mal 15 Watt.

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Vermutlich einen Wert der direkt Rückschlüsse auf das zu erwartende Drehmoment gibt, das am Generator ankommt, also quasi auf die zu erwartende Outputleistung der Anlage.

Woher ich das weiß:Berufserfahrung – Zerspanungsmechaniker 5Achsbereich / Messtechniker
Franz1957  06.02.2022, 16:10

Naja, man sieht an dem Wert, auf welche Art die Turbine ihre Leistung abgibt. Die Leistung an der Welle ist ja 2 Pi mal Drehmoment mal Drehzahl. Hat man eine schnell laufende Turbine mit wenigen schnellen Rotorblättern, wie man sie zur Stromerzeugung bevorzugt, kommt die Leistung von höherer Drehzahl bei kleinerem Drehmoment. Bei den langsam laufenden Turbinen mit vielen Rotorblättern, wie sie auf Farmen zum Wasserpumpen dienen, hat man das erforderliche hohe Drehmoment bei kleinerer Drehzahl.

Es kommen noch weitere Sachen dazu: Das Anlaufverhalten ist unterschiedlich, und die aerodynamischen Verluste entstehen auf verschiedene Weise: Bei den Schnellläufern entstehen sie vor allem durch den Luftwiderstand an den Flügelspitzen, und bei den Langsamläufern vor allem durch die rotierende Abluft und die Rotationsenergie, die sie mitnimmt.

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