Kompakter und leiser

Frischer Wind für vertikale Windräder

Sébastien Le Fouest mit seiner motorisierten und mit Sensoren ausgestatteten Miniaturwindkraftanlage mit vertikaler Rotationsachse.(Bild: Alain Herzog / EPFL)

Neue Windräder könnten leiser Strom produzieren als herkömmliche Anlagen. Anstatt horizontal drehen sich die Rotorblätter der von Schweizer Forschenden optimierten Windräder wie ein Ringelspiel vertikal um eine zentrale Achse. Da sie auch weniger Platz benötigen und für Vögel weniger gefährlich sind, könnten solche vertikalen Windräder langfristig mit den klassischen Modellen konkurrieren.

Vertikale Windräder gibt es schon länger. Bisher stand die Entwicklung jedoch vor einer physikalischen Herausforderung, wie der Schweizerische Nationalfonds (SNF) am Mittwoch mitteilte. Da ihre Drehachse senkrecht zum Wind steht, ändert sich der Winkel zwischen dem Wind und den Rotorblättern nämlich ständig. Sobald der Wind eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht, kommt es zum sogenannten dynamischen Strömungsabriss, der zu Verwirbelungen der Luft und Turbulenzen führt.

In einer Studie, die in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht wurde, zeigte ein Forschungsteam der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) um Karen Mulleners nun eine Lösung für dieses Problem: Sie installierten eine Vorrichtung, die es den Rotoren erlaubt, ihre Neigung zu verändern.

„Kapitän“ an Bord
„Ein Schiff braucht eine Crew, die die Segel ausrichtet, um den Kurs zu halten“, erklärte der Studien-Erstautor Sébastien Le Fouest in der Mitteilung. „Stattet man die Rotorblätter von Windkraftanlagen mit kleinen Motoren aus, stellt man ihnen quasi einen Kapitän zur Seite, sodass auch sie sich den Bedingungen anpassen können.“

Die Forschenden haben dazu eine Anlage im Miniaturformat mit einem einzigen Rotorblatt gebaut. Diese statteten sie mit Sensoren aus, um die im Strömungskanal erzeugte Energie zu messen. So konnten sie bestimmen, wie stark sich die Rotorblätter anpassen sollen.

Wirkungsgrad verdreifacht
So steigerten die Forschenden den Wirkungsgrad ihres vertikalen Windrads im Labor um das Dreifache. „Unsere Daten zeigen, dass man sehr wahrscheinlich die Lebensdauer und den Wirkungsgrad traditioneller Windkraftanlagen erreichen oder sogar übertreffen könnte“, so Le Fouest.

Dies soll nun in weiteren Forschungsprojekten untersucht werden. Es sei auch bereits eine Zusammenarbeit mit einem Schweizer Unternehmen in die Wege geleitet worden, um die Ergebnisse an einem industriellen Prototyp zu testen, hieß es vom SNF.