Die persische Windmühle mit vertikal stehender Rotordrehachse aus dem siebten Jahrhundert gehört zu den ältesten Windenergieanlagen der Welt. Das Widerstandsprinzip nutzend trifft der Wind direkt auf das Windrad, wodurch es in Bewegung versetzt wird. Seine Arbeitsweise wird inzwischen aber kaum noch angewendet. Denn neue Systeme bieten einen höheren Energieertrag.
Heutige Windkraftanlagen mit horizontaler Achse nutzen die Auftriebskraft: Die Luftströmung gleitet an den neuen Rotorblättern entlang, anstatt sie direkt anzuschieben. Druckunterschiede zwischen Ober- und Unterseite der Blätter bewirken letztendlich deren Auftrieb.
Nachteile des Auftriebsprinzips
Auftriebsverluste entstehen in der Windkraft durch Reibung und Strömungsabrisse. Letzteres kommt zustande, wenn sich die Strömung vom Rotorblatt löst. Folglich entstehen Wirbel und mit der Unterbrechung des Luftstroms ist der Auftrieb eingeschränkt.
Um die Windturbinen gegen den Strömungsabriss zu wappnen, dient die Tierwelt als Vorbild. Beispielsweise besitzt der Buckelwal ein ausgeklügeltes System, um dem Strömungsabriss entgegen zu wirken. Auf seinen Brustflossen sitzen kleine Beulen, die für einen besseren Auftrieb sorgen. Die Unebenheiten auf der Flosse verursachen kleine Wirbel, die Strömungen an die Flosse locken. Somit wird der Strömungsabriss vermindert und die Verwirbelung verschoben. Diesen Ansatz machen sich die Anlagenbauer zunutze, indem auf der Vorderkante der Rotorblätter sogenannte Wirbelgeneratoren installiert werden. Diese Wölbungen sollen die Leistung erhöhen.
Kampf dem Lärm
Auch an den scharfen Hinterkanten der Rotorblätter reißt die Luftströmung ab. Das bremst nicht nur das Windrad, es macht auch Krach. Die Hinterkantengeräusche sind unter anderem von der Form der Kante abhängig. Will man den Lärmpegel reduzieren, lohnt sich ein Blick auf die Schleiereule. Sie trägt Schwungfedern mit gezähnten Außenkanten. Im Gegensatz zu den konventionellen Windrotoren sind die Kanten also nicht fest, sondern weich und ausgefranst. Zusammen mit der Struktur des restlichen Federkleides ist es der Schleiereule so möglich, sich ungehört auf Nahrungssuche zu begeben.
Der Erfinder Peder Bay Enevoldsen dachte vielleicht auch an die Schleiereule, als er eine Art Kamm an den Hinterkanten der Windrotoren befestigte. Benannt hat er die Zacken aber nach einem Dinosaurier, weil die sägezahnartigen Strukturen den Knochenplatten des Stegosaurus ähneln. Die ‚Dinotails‚ wirken wie Schalldämpfer, indem sie den Luftwiderstand verringern. Auch der Auftrieb wird so verbessert.
Die Idee des Dänen, auf diese Art den Lärm zu reduzieren, ist nicht neu. Die Einbeziehung der Effizienz schon. Denn mit den Zacken erhöht sich auch die Leistung der Turbine. Enevoldsen fand heraus, dass die Energiewerte im Jahr um vier Prozent zunahmen. Aus diesem Grund hat er die Dinozähne auch gleich als Patent angemeldet. Am 13. Dezember 2012 wurde Enevoldsen in München von Siemens als „Erfinder des Jahres 2012“ ausgezeichnet.
Weitere Methoden
Gleichwohl existieren noch andere Ansätze, die sich nur auf den Lärm der Windkraftanlagen konzentrieren. So kann der Materialeinsatz über den Lärmpegel entscheiden. Denn bestimmte Stoffe sind fähig, die akustischen Wellen des Strömungsabrisses zu absorbieren.
Interessant ist auch die Arbeitsweise der Piezoaktoren: Sie funktionieren nach dem Prinzip, Elektrizität in Bewegung umzuwandeln. Diese Schwingungen löschen sich mit dem Schall des Windrades aus. Dieses System wird aber am Getriebe angebracht.
Jenny Lohse
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