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Wie funktioniert eine vertikale Windkraftanlage?

Neben den „normalen“ horizontalen Windkraftanlagen gibt es auch sogenannte vertikale Windkraftanlagen. Die meisten kommerziell genutzten Windturbinen sind die Horizontalachser. Für Privatpersonen (Kleinwindkraftanlagen) bieten die Vertikalachser jedoch eine Menge Vorteile (Weitere Informationen darüber gibt es weiter unten im Artikel).

Das Wort „vertikal“ bezieht sich auf die Positionierung der Rotorblätter. Die Flügel werden senkrecht in den Wind gestellt. Im englischen wird diese Bauweise als „vertical axis wind turbine“ bezeichnet.

Aufbau und Funktion einer vertikalen Windkraftanlage

Die Windkraftanlage basiert auf den Darrieus-Rotor. Erfinder und Namensgeber war Georges Darrieus, welcher sich seine Idee in den USA 1931 patentieren ließ. Die Technologie war jedoch schon älter. Im 17. Jahrhundert betrieben die Perser ihre Windmühlen mit einer ähnlichen Technik.

Die vertikale Windkraftanlage wird wie die horizontale Windkraftanlage auf ein stabiles Fundament errichtet. Darauf wird der Mast mit mindestens einer Wartungsöffnung montiert. Im Mast befindet sich zur Reduzierung der Eigenbewegung ein Schwingungstilger. Am Mast befindet sich eine Bremssteuerung. Der sogenannte Brake-Switch arbeitet unabhängig vom Wechselrichter und kann die Anlage zu jedem Zeitpunkt stoppen oder bremsen. Auf dem Mast wird der Generator platziert. Dieser wandelt die Rotationsenergie direkt in elektrische Energie um. Die Rotorblätter übertragen die kinetische Energie zum Generator. In der Regel besteht die Windturbine aus drei Rotoren. Würde diese nur aus zwei Flügeln bestehen, wäre sie empfindlicher gegen Turbulenzen. Um eine höchstmögliche Leistungsausbeute zu erreichen, sollte die Anlage an einem Standort mit wenigen Turbulenzen platziert werden. Die Herstellungskosten für den Rotor werden maßgeblich von den verarbeiteten Materialien bestimmt. Es werden Materialien aus dem Flugzeugbau wie zum Beispiel speziell gehärtetes Aluminium verbaut. Durch effizientere Fertigungsverfahren können in Zukunft die Kosten reduziert werden. Damit die Rotoren optimal ausgerichtet sind, wird eine Windfahne benötigt. Diese führt die Flügel auch nach. Experten bezeichnen das Nachführen als „Pitchen“. Anlagen mit einem Leistungsbereich von >5kW greifen auf eine automatische Nachführung zurück.

Damit die erzeugte erneuerbare Energie genutzt werden kann, ist ein Wechselrichter notwendig. Das Bauelement wandelt den Strom in die benötigte Frequenz und Spannung um. Sollte die vertikale Windkraftanlage gebremst werden oder das Netz ausfallen, wird die weiterhin vom Generator gelieferte Windenergie im Ballastwiderstand verbraucht.

Vorteile von vertikalen Windkraftanlagen

Die vertikale Windkraftanlage kann im Gegensatz zu herkömmlichen Windturbinen den Wind unabhängig von seiner Richtung nutzen. Das System ist nicht so anfällig für Störfälle. Bei wechselnden Windrichtungen kann eine kleine vertikale Windkraftanlage mit einer Windfahne ausgerichtet werden.  Die Schallemission ist geringer als bei den Horizontalachsern. Aus diesem Grund eignet sich die Bauart für urbanes Gelände. Bei den klassischen Darrieus Rotoren können die Lagerung und der Generator in Bodennähe installiert werden, was die Wartung vereinfacht.

Nachteile von vertikalen Windkraftanlagen

Vertikale Windkraftanlagen sind in Deutschland noch nicht etabliert. Das liegt zum einen an den geringen Wirkungsgrad und zum anderen aus der daraus resultierenden niedrigen Wirtschaftlichkeit. Die Angaben zu den künftigen Stromerträgen sollten unbedingt überprüft werden. Es tummeln sich in der Branche wegen der hohen Wachstumsdynamik viele schwarze Schafe herum. In Deutschland gibt es kein Zertifizierungsverfahren. England und die USA sind da schon weiter.

Hersteller von vertikalen Windkraftanlagen

Hier finden Sie eine kleine Auswahl an vertikalen Windkraftanlagen.

Axeptor AG

Produkte 

  • AV-R03 300W
  • AV-R05 500W
  • AV-R1 1kW
  • AV-R2 3kW
  • AV-R3 5kW
  • AV-R4 12kW

Kessler energy GmbH

Produkte

  • SpinWind 10 kW

Loosen Windkraft GmbH

Produkte

  • VK 250
  • VK 58
  • VK 50
  • VK 36
  • VK 17
  • VK 10

Norddeutsche H-Rotoren GmbH & Co.KG

Produkte

  • HR5
  • HR10
  • HR18
  • HR22

Weitere vertikale Windanlagen

  • VENCO-Twister-1000-TL - 1kW


Bildstrecke vertikale Windanlage  

Bild: Vertikale Windkraftanlage Bild 1

Bild: Vertikale Windkraftanlage Bild 1

Bild: Vertikale Windkraftanlage Bild 1

Bild: Vertikale Windkraftanlage Bild 1

Autor: Martin Brosy