Unsere Technik

Die Kleinwindanlage besteht aus einer Vielzahl von Baugruppen, deren Funktion und Bedeutung für das Gesamtkonzept hier beschrieben werden 

Um einen optimalen Ertrag aus der Energieumwandlung von Wind auf den Rotor zu erreichen müssen die Rotorblätter mit einem möglichst gleichförmigen, laminaren Wind angeströmt werden. Dies wird über einen hohen Turm erreicht auf dem der Windgenerator steht. Als optimale Höhe unter Berücksichtigung des Ertrages und der Kosten hat sich eine Nabenhöhe von 18 m ergeben.

Unterschieden wird zwischen einem Monoturm mit einem Bodenfundament und einem Mast mit Drahtseilabspannung. Der Vorteil des sehr geringen Platzbedarfs des Monoturmes wird mit einem höheren Anschaffungspreis erkauft. Anderseits entfallen die jährlichen Wartung und Prüfkosten für die Erdanker.

Vorteil der Kleinwindkraftanlagen ist, dass die Türme um ca. 90° kippbar sind und damit eine Wartung und Prüfung des Windgenerators vom Boden aus möglich ist.

Der Windgenerator muss immer direkt zum Wind ausgerichtet sein. Hierfür ist der Generator freidrehbar über eine Kugeldrehverbindung mit dem Mast verbunden. Die Ausrichtung zur Windrichtung erfolgt über eine mechanische Windfahne. Damit entfallen die Kosten für ein Windrichtungsmeßsystem mit Auswerteinheit und Antriebssteuerung für die Drehung der Generatorgondel.

Die Antriebeinheit besteht aus einem Getriebe, das die Drehzahl des Rotors auf die Nenndrehzahl des Generator übersetzt und einer Sicherheitsbremse, die die Drehbewegung immer stoppen kann ( Failsafe-Prinzip)

Als Generator kommt ein Asynchrongenerator zum Einsatz (Dänisches Prinzip). Hier dreht der Generator mit einer Frequenz synchron zum 50 Hz Drehstromnetz. Teure und empfindliche Inverter zur Umwandlung des Stromes entfallen.

Die Sicherheitsbremse ist direkt auf die Generatorwelle geflanscht. Es handelt sich um eine federbelastete Scheibenbremse, die über einen Hubmagneten elektrisch gelöst werden muss. Damit stoppt die Bremse den Antrieb wenn:Keine Stromversorgung vorhanden ist

Der Generator überlastet ist (Thermoschutz)

Eine Störung den Vibrationsschalter auslöst

Der Notaus-Schalter betätigt wird

Der Rotor ist mit drei Rotorblättern bestückt. Die Rotorblätter sind aus GFK hergestellt und mit der Rotornabe fest verbunden. In Abhängigkeit zur Windgeschwindigkeit erhöht sich die Leistung der Rotorblätter. Nach Erreichen der Nennwindgeschwindigkeit (11 m/s) wird die Leistungsaufnahme der Rotorblätter über den Strömungsabriss (Stalleffekt) begrenzt. Mit dieser Lösung entfällt eine mechanisch aufwendige Leistungsbegrenzung über synchrone Drehung der einzelnen Rotorblätter. (Pitchsystem)

In den Spitzen des Rotorblattes befindet sich die Blattspitzenbremse, die über die Fliehkraft ausgelöst wird. Über eine Feder wird die Blattspitze in ihrer Position gehalten. Wird die Maximaldrehzahl des Rotors überschritten, fahren die Blattspitzen aus und werden dabei um 90°gedreht. Damit stellen sich diese Blattspitzen quer zum Wind und bremsen den Rotor ab.

Die oben beschriebenen Komponenten wie Generator, Bremse und Geber befinden sich in der Gondel auf dem Turm. Über Kabel, die im Turm nach unten geführt sind, und Stecker werden diese Komponenten an die Kontrolleinheit angeschlossen (Plug & Play System). Die Verbindung mit dem Stromversorgungsnetz erfolgt ebenso über einen CEE Stecker.

Die Kontrolleinheit steuert und überwacht die Kleinwindanlage. Der Anlauf des Generators erfolgt in mehreren Schritten:Nach Erreichen der minimalen Windgeschwindigkeit wird die Bremse elektrisch gelöst.

Die Windgeschwindigkeit wird weiter gemessen und im Falle eines konstanten starken Windes wird der Generator als Motor betrieben und bringt den Rotor auf Nenndrehzahl.

Der Wind beschleunigt die Drehzahl des Rotors und der Motor wird automatisch zum Generator. Somit wird elektrische Energie erzeugt. Ein Stromrichtungsrelais überwacht diesen Vorgang. Wird keine Energie innerhalb einer vorgegeben Zeitspanne erzeugt, wird die Anlage gestoppt und der gesamte Ablauf startet nach Messen einer ausreichenden Windgeschwindigkeit von neuen.

Dargestellt wird die Falcon 40 Kleinwindkraftanlage mit dem hydraulisch kippbaren Monoturm.