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Savonius- und Darrieus-Rotoren

Kleinwindanlagen mit vertikaler Achse

58/2011

Neben dem Ausbau von Großanlagen und Offshore-Windparks arbeiten Entwickler vor allem an kleinen Windkraftanlagen für die Energieversorgung von Gewerben und privatem Wohnraum. Herausforderung ist es hier auch bei geringer Windgeschwindigkeit die Stromproduktion zu gewährleisten sowie die Geräuscherzeugung auf ein Minimum zu reduzieren. Es stehen eine ganze Reihe unterschiedlicher Rotorenformen zur Verfügung, die von Unternehmen und Entwicklern in ihren Potenzialen gestestet werden. Neben den Anlagen mit horizontaler Drehachse gewinnen vor allem Rotorgeometrien mit vertikaler Achse und Windkraftkonzentratorprinzipien bei der Entwicklung von Kleinstwindkraftanlagen mehr an Bedeutung. Diese arbeiten unabhängig von der Windrichtung, so dass eine Ausrichtung des Rotors entfallen kann. Allerdings wird bei Rotorformen mit vertikaler Drehachse lediglich ein maximaler Erntegrad von 40 % erreicht. Bei den konventionellen Windrädern mit horizontaler Drehachse beträgt dieser 50 %.

 

Eine der bekanntesten Lösungen mit vertikaler Drehachse ist der Savonius Rotor. Er wurde nach dem Finnen Sigurd Savonius benannt, der ihn unter Verwendung von zwei ineinander verdrehten Zylinderhälften 1925 entwickelte. Mit der Anordnung wird ein hohes Drehmoment auch bei niedrigen Windgeschwindigkeiten von 2 bis 3 m/s erreicht. Die eine Schaufel nimmt die Luftströmung auf und leitet sie in die andere Zylinderhälfte. Es lassen sich mehrere Anlagen kombinieren, die Laufgeräusche sind äußerst gering. Auch bei starken Windböen bleibt der Savonius-Rotor funktionsfähig. Der maximale Erntegrad liegt bei 28 %.

 

Der Darrieus-Rotor bildet eine Alternative mit einem höheren Ernteertrag. Er wurde 1931 von dem Franzosen George Darrieus entwickelt und hat 2 oder 3 bogenförmige Rotorblätter, die am oberen und unteren Ende einer drehbaren Welle gelagert sind. Selbst sehr hohe Fliehkräfte führen wegen der kettenlinienförmigen Rotoren zu keiner ungewünschten Verbiegung. Aus Stabilitätsgründen wird die Konstruktion in aller Regel durch Stahlseile gespannt. Der Erntegrad liegt bei maximal 40% und ist damit der höchste Wert aller Lösungen mit vertikalen Rotoren. Bei Verwendung von geraden bzw. parallel zur Drehachse ausgerichteten Blättern spricht man vom H-Darrieus-Rotor. Dieser hat im Vergleich zur klassischen Form den Vorteil, die Bewegungsenergie des Windes besser zu nutzen und ohne äußere Unterstützung anzulaufen. Bei hohen Windgeschwindigkeiten muss allerdings mit Verbiegungen gerechnet werden. Lösungen mit verschwungenen Blattformen sind unter dem Namen Darrieus-Helix-Rotor bekannt geworden. Auch Kombinationen aus Savonius- und Darrieus-Rotoren wurden bereits getestet.

 

2009 stellt der polnische Architekt Oskar Zieta einen H-Darrieus Rotor auf dem DMY International Design Festival in Berlin vor, den er mit der von ihm entwickelten Technologie des freien Innenhochdruckumformung (FIDU) herstellte.

 

www.zieta.pl

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