Leichtbau-Windrad ist 83% effizienter auch bei wenig Wind

Wer Strom für den Eigenverbrauch erzeugen will, steht oft vor der Herausforderung geringer Windgeschwindigkeiten. Forschende des Fraunhofer IAP haben zusammen mit der BBF-Gruppe einen leichten Rotor entwickelt, der speziell für Regionen mit schwachen Windverhältnissen konzipiert ist. Das neue Leichtbau-Windrad zeigt beeindruckende Werte und beginnt bereits bei 2,7 m/s (Vergleichsanlagen: 4 m/s). Somit ist es im Durchschnitt 83% leistungsstärker als Wettbewerbssysteme. Dank der optimierten Aerodynamik und Bauweise (hohle Faserverbund-Rotorblätter) erreicht die Kleinwindanlage eine Leistung von 2.500 Watt und einen Wirkungsgrad von 53%. Die Innovation ermöglicht es Privathaushalten, Gewerbetreibenden oder der Katastrophenhilfe, eine dezentrale und unabhängige Energieversorgung aufzubauen, und leistet demzufolge einen wichtigen Beitrag zur Energiewende.

Kernvorteil der Lösung: Starke Leistung trotz schwacher Brise

Die Energiewende benötigt leistungsstarke Lösungen, vor allem dort, wo die Windverhältnisse nicht optimal sind. Forschende des Fraunhofer IAP entwickelten daher in Kooperation mit der BBF-Gruppe einen innovativen Rotor in Leichtbauweise. Dieser wurde speziell für den Betrieb in Regionen mit geringer Windgeschwindigkeit konzipiert. Das Ziel dieser Kleinwindanlagen ist es, Privathaushalten, Gewerbetreibenden oder Hilfsorganisationen eine dezentrale und effiziente Energieversorgung zu ermöglichen. Marcello Ambrosio, Leiter Simulation und Auslegung im Forschungsbereich Polymermaterialien und Composite PYCO des Fraunhofer IAP erklärt:

„Unser Ziel ist es, die Kraft des Winds so wirksam wie möglich für die Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen. Bei der Entwicklung des Windrads verfolgen die Leichtbau-Experten am Standort Wildau einen ganzheitlichen Ansatz: Wir haben die aerodynamische Auslegung der Rotorblätter und das Fertigungsverfahren optimiert.“

Leistungsdaten und Effizienz – Was kann das Windrad?

Die Effizienz des neuen Windrads ist signifikant höher als bei marktüblichen Systemen. Es beginnt bereits bei einer schwachen Brise von nur 2,7 m/s mit der Rotation, während vergleichbare Anlagen erst ab 4 m/s anlaufen. Diese geringe Anlaufgeschwindigkeit ist der Schlüssel zur Nutzung von Windkraft an windschwachen Standorten. Mit einer Spitzenleistung von 2.500 Watt bei 10 m/s und einem bemerkenswerten Wirkungsgrad von 53% ist der Rotor im Durchschnitt 83% leistungsstärker als seine Konkurrenten.

Technologie und Fertigung – hohl, stabil und automatisiert

Der technische Vorsprung beruht auf einem ganzheitlichen Ansatz, bei dem man Aerodynamik und Fertigung optimierte. Die Rotorblätter bestehen aus hochmodernen Faserverbundwerkstoffen und sind als hohle Schalen konstruiert. Dadurch wird das Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen, mit Schaumkern gefüllten Blättern um bis zu 35% reduziert. Für die präzise und qualitätsgesicherte Produktion nutzt man zudem eine Automated-Fibre-Placement-Anlage, die die Faserstreifen automatisiert verlegt. Zudem schützt ein spezieller Schichtaufbau (Laminat) den Rotor vor Überlastung bei Sturm. Die Blätter können sich z.B. verformen und aus dem Wind drehen, wodurch auf komplizierte Steuerungstechnik verzichtet werden kann. Marcello Ambrosio betont:

„Wir haben die einzelnen Schichten des Verbundwerkstoffs so gestaltet, dass sich die Rotorblätter bei Sturm elastisch verbiegen und aus dem Wind drehen.“

Zukunftsaussichten der Anwendung

Derzeit baut man an verschiedenen Orten fünf Prototypen der Kleinwindkraftanlage auf und testet diese, um die realen Auswirkungen von Höhe und Position auf die Leistung zu untersuchen. Für die Zukunft legen die Forschenden großen Wert auf Nachhaltigkeit. Die nächste Entwicklungsstufe beinhaltet die Optimierung der Rotoren für die Fertigung aus Monomaterial. Diese chemisch identischen Werkstoffe lassen sich einfacher recyceln, wodurch die Umweltbilanz der Leichtbau-Windanlagen weiter verbessert werden soll. Raúl Comesaña M., Geschäftsführer der BBF-Gruppe hebt nochmals die Bedeutung der Kleinanlagen für die Energiewende hervor:

„Effiziente Kleinwindanlagen leisten einen wichtigen Beitrag für eine unabhängige Energieversorgung. Als Projektentwickler und Bauunternehmen in der Region Berlin-Brandenburg zeigen wir mit diesem Projekt, wie Endverbraucher und Gewerbetreibende dezentrale Energieerzeugung individuell und nachhaltig gestalten können.“

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