Turbineneffizienz: Was müssen Sie wissen?

Der Sinn und Zweck des Besitzes und Betriebs einer Windkraftanlage in Haushaltsgröße besteht darin, Strom aus irgendeinem Grund zu erzeugen, sei es für den privaten Gebrauch, zur Gewinngewinnung oder zur Erzeugung für industrielle Zwecke. Die gesamte Stromerzeugung einer Windkraftanlage hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, von denen viele durch interne und externe Faktoren der Anlage selbst oder des Standorts der Anlage beeinflusst werden können. Das heißt, es kommt nicht nur auf die Nennleistung Ihrer Turbine an, sondern auch darauf, wie effizient diese Turbine die Energie aus dem Wind entzieht und am Verbrauchsort in elektrische Energie umwandelt. Beispielsweise könnte ein 5-kW-Generator in einer Turbine aufgrund von Ineffizienzen im System aufgrund von Energieverlusten im System bei unsachgemäßer Handhabung nur 500 W Leistung erzeugen. Daher ist es wichtig die verschiedenen Ursachen von Ineffizienz charakterisieren und verstehen und wie sie bekämpft werden können.

Wir beginnen mit der Perspektive des Windes und arbeiten uns durch alle Ineffizienzen, bis wir zu dem Strom kommen, der zum Laden der Batterien in Ihrem Zuhause verwendet wird. Leider kann man nicht jederzeit kontrollieren, was der Wind macht, daher können wir leider nicht viel an seinem Zustand ändern. Es ist jedoch nichts wert , dass im Allgemeinen die Effizienz der Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in die kinetische Rotationsenergie des Windes umso höher ist, je laminarer die Strömung des Windes ist (eine wissenschaftliche Bezeichnung für eine gleichmäßige Luftströmung). Rotorblätter von Windkraftanlagen.

Turbulente Strömung ist das Gegenteil. Dann ist die Luft chaotisch und es herrscht Unvorhersehbarkeit. Lokale Punkte innerhalb der Windströmung können den Wind nach hinten oder zur Seite drücken, was zu inkonsistenten Kräften führt, die auf die Turbinenblätter wirken. Die begrenzte Kontrolle, die Sie über den Wind haben, der mit Ihrer Turbine interagiert, besteht darin, wie sich die Umgebung um die Turbine auf die Strömungsbedingungen auswirkt. Strömungshindernisse wie Bäume, Gebäude oder andere Windkraftanlagen führen zu einer Zunahme der turbulenten Strömung, die die Turbine erreicht. Daher sollten Sie bei der Installation Ihrer Turbine versuchen, sie an einem schönen, offenen Ort mit möglichst wenigen Hindernissen in der Nähe aufzustellen.

Es lohnt sich auch, auf die Windgeschwindigkeit zu achten, der Ihre Turbine in verschiedenen Installationspositionen ausgesetzt ist, da diese variieren kann. Der wichtigste Punkt, den Sie berücksichtigen sollten, ist die Höhe Ihrer Turbine. Je höher die Turbine installiert ist, desto höher sind in der Regel die Windgeschwindigkeiten. Das liegt daran, dass der Wind, wenn er mit dem Boden interagiert, langsamer wird und die Luft direkt darüber verlangsamt. Diese Luft verlangsamt dann die Luft darüber usw., bis Sie wieder zu der uneingeschränkten Strömung gelangen, bei der der Wind mit voller Geschwindigkeit strömt. Dieses Phänomen wird in der Fluiddynamik als Grenzschicht bezeichnet: eine Strömungsschicht nahe einer Grenze (Luft zu Boden), die über ihre Höhe einen Geschwindigkeitsgradienten aufweist.

Die zweite und recht wichtige Ineffizienz bei Windkraftanlagen ist die theoretische Grenze der Energiemenge, die ein bestimmter Turbinenflügel aus dem Wind gewinnen kann. Dies hängt vor allem von der Form des Rotorblatts ab, mit dem die Windenergie geerntet wird. Es gibt verschiedene gängige Designs von Turbinenschaufeln, insbesondere TESUP verwendet in seinen Konstruktionen Hub- und Widerstandsschaufeln.

Ein Beispiel für ein Hubblatt ist an der Magnum 5-Turbine zu sehen. Die Klinge hat die Form eines sogenannten Tragflügels. Dies entspricht im Querschnitt der Form eines Flugzeugflügels. Diese Form erzeugt Auftrieb, wenn Wind über ihre Oberfläche streicht, genau wie ein Flugzeugflügel. Ein gutes Beispiel für eine Schleppturbine ist eine TESUP AtlasX-Turbine. Dieser Turbinentyp hat ein „C“-förmiges Rotorblatt und ist darauf angewiesen, dass der Wind direkt auf die Turbinenblätter „drückt“, um sie zu drehen.

Das theoretische Maximum für Auftriebsturbinen liegt bei etwa 40 %, und ich weiß, das mag auf den ersten Blick niedrig erscheinen, aber der maximale Wirkungsgrad jeder Turbine beträgt nur 45 %! Also eigentlich ist es überhaupt nicht schlecht! Schleppturbinen haben im Allgemeinen tendenziell einen geringeren Wirkungsgrad. Dies liegt vor allem an der Konstruktion der Turbine. Da zwei Rotorblätter (eines auf jeder Seite der Turbine) gleichzeitig vom Wind gedrückt werden, arbeitet eines der Rotorblätter gegen die Drehung der Turbine (wie unhöflich!). Die C-Form des Rotorblatts sorgt für eine größere Rotorblattoberfläche ist dem Wind ausgesetzt und daher fängt eines der Blätter mehr Wind ein und wird stärker gedrückt, wodurch eine Rotation erzeugt wird.