Verluste am Rotor

Der Wirkungsgrad der Umwandlung kinetischer Energie des Windes in mechanische Rotationsenergie wird durch Strömungseffekte am Rotor gemindert. Der maximale theoretische Wirkungsgrad einer Windkraftanlage liegt nach dem Betzschen Gesetz bei 59,3%. Unter realen Bedingungen wird dieser Wert durch auftretende Verluste am Rotor jedoch nicht erreicht. Unterschiedliche Strömungseffekte am Rotor führen zu Tip-Verlusten, Profilverlusten und Drallverlusten.

Tip-Verluste treten an der Spitze des Rotorblatts auf und werden auch als Blattspitzenverluste bezeichnet. Aufgrund der Druckunterschiede zwischen Oberseite und Unterseite entstehen Randwirbel an der Spitze der Rotorblätter. Diese erzeugen einen Widerstand, wodurch der Auftrieb zum Flügelende hin abnimmt. Um die Tip-Verluste zu minimieren, werden Blattspitzen mit sogenannten Winglets konstruiert.

Profilverluste werden durch den Strömungswiderstand des Flügelprofils hervorgerufen. Durch die Reibung an der Profiloberfläche wird die Strömung abgebremst und verliert einen Teil ihrer kinetischen Energie.

Drallverluste entstehen während die Luftmassen die Rotorkreisfläche durchströmen. Dabei wird die Luftströmung mit einem Drall behaftet, der an der Umfangskomponente der Austrittsgeschwindigkeit deutlich wird. Mit zunehmendem Drehmoment nehmen die Drallverluste zu und mindern den Wirkungsgrad der Windkraftanlage.

Englische Übersetzung(en):

rotor losses