Effizienzanalyse von Horizontalachsen- und Vertikalachsen-Windkraftanlagen

Kürzlich haben uns zahlreiche Kunden nach Windkraftanlagen gefragt, und wir stellten ein Kommunikationsproblem fest. Kunden bevorzugen tendenziell Vertikalachs-Windkraftanlagen gegenüber Horizontalachs-Windkraftanlagen. Insbesondere europäische Kunden halten Vertikalachs-Anlagen für ästhetisch ansprechender und umweltfreundlicher sowie besser an lokale Richtlinien und Umgebungsbedingungen angepasst. Als Vertriebsingenieur mit über zehnjähriger Erfahrung in der heimischen Kleinwindkraftbranche sah ich es als notwendig an, einen sachlichen und fachkundigen Artikel zu verfassen, der die Unterschiede in der Effizienz beider Windkraftanlagentypen analysiert.

Das Grundprinzip von Windturbinen besteht darin, Windenergie in mechanische Energie umzuwandeln, die anschließend in elektrische Energie konvertiert wird. Vereinfacht ausgedrückt treibt der Wind die Rotorblätter an, sodass diese sich drehen; die Blätter wiederum antreiben den Rotor im Inneren des Generators, der dadurch magnetische Feldlinien durchschneidet und so einen elektrischen Strom erzeugt. Obwohl das Grundprinzip identisch ist, weisen die beiden gängigen Turbinentypen – die Horizontalachsturbine und die Vertikalachsturbine – bei der Drehbewegung grundsätzliche Unterschiede auf; dies ist zugleich die Ursache für ihre unterschiedliche Leistungscharakteristik.

Nehmen wir als Beispiel einen 5-kW-Windgenerator. Bei einer Windgeschwindigkeit von 2 m/s ist die windturbine mit horizontaler Achse dreht sich nicht einmal, während die vertikale Achsen-Windturbine bereits zu rotieren begonnen hat. Eine solche Rotation erzeugt jedoch keine aktive Leistungsabgabe; sie wirkt lediglich als ob sie funktioniert. Bei einer Windgeschwindigkeit von 5,5 m/s beträgt die Stromerzeugung der horizontalen Achsen-Windturbine 2 kW, während die Stromerzeugungseffizienz der vertikalen Achsen-Windturbine nur 800 W beträgt. Dies verdeutlicht deutlich, dass der vertikale Achsen-Windgenerator besser für den Mikro-Wind-Start geeignet ist, während die horizontale Achsen-Windturbine bei Erreichen der Einschaltwindgeschwindigkeit von 3 m/s eine deutlich höhere Stromerzeugungseffizienz aufweist – etwa das 2,5-Fache derjenigen des vertikalen Achsen-Windgenerators.

Vertikale Achsen-Windturbinen besitzen Vorteile in Gebieten mit chaotischen Windrichtungen. Sie können Windenergie aus allen Richtungen kontinuierlich über einen 360-Grad-Bereich aufnehmen und in mechanische Energie umwandeln. Horizontale Achsen-Windturbinen hingegen benötigen ein Azimut-Steuerungssystem (Yaw-System), was zu einer Verzögerung und zum Verlust eines Teils der Windenergie führt.

Die Wahl des Typs von Windgeneratoren hängt von den lokalen Windenergiebedingungen ab, beispielsweise von der Windrichtung und der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit. Falls Sie sich für erneuerbare Energien interessieren, kontaktieren Sie uns jederzeit, um Ihre individuelle Windenergieanlage zu konfigurieren.