Darrieus-Rotor

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Darrieus-Rotor

Der Darrieus-Rotor ist eine Windenergieanlagenbauart mit vertikaler Rotationsachse.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Wirkungsweise
3 Grenzen
4 Literatur
5 Weblinks
6 Siehe auch

[Bearbeiten] Geschichte

Der Darrieus-Rotor wurde von dem Franzosen George Darrieus erfunden und 1931 in den USA patentiert. Wegen seines Aussehens wird der Rotor scherzhaft auch egg-beater, zu deutsch Schneebesen, genannt. Die Rotorblätter sind am oberen und unteren Ende der Achse befestigt und ragen bogenförmig nach außen. Die Bogenform der Rotorblätter folgt einer Kettenlinie, damit sie unter der Zentrifugalkraft im Betrieb keinem Biegemoment ausgesetzt sind.

In Kanada wurden in den 1980er Jahren mehrere Darrieus-Wind-Diesel-Inselsysteme im Leistungsbereich von etwa 250 kW erprobt.

In den Tehachapi-Bergen wurde ein Darrieus-Windpark mit Anlagen des Herstellers Flowman (USA) installiert (Bild in der Literatur von 1986).

Im Windpark Herolstatt wurde eine Anlage von Flender/DORNIER errichtet. Sie hat einen Durchmesser von 15 m, eine Masthöhe von 25 m und eine Leistung von etwa 55 kW bei 11,5 m/s Windgeschwindigkeit. Die mittlere Windgeschwindigkeit auf Höhe der Rotormitte liegt bei nur 4,1 m/s. Daher liegt der Jahresertrag nur bei etwa 24.500 kWh.

Speziell in England, den USA und Deutschland wurde versucht, den H-Anlagentyp (s.u.) kommerziell verwendbar zu entwickeln. So wurden beispielsweise bis Anfang der 1990er Jahre von einem deutschen Hersteller Anlagen mit direkt in die Rotorstruktur integriertem getriebelosem Generator entwickelt. Da sie jedoch wirtschaftlich nicht mit modernen dreiblättrigen Horizontalachsenanlagen konkurrieren konnten, wurde die Weiterentwicklung weitestgehend eingestellt.

[Bearbeiten] Wirkungsweise

Schema/Aufbau eines Darrieus-Rotors

Der Drehimpuls entsteht durch aerodynamischen Auftrieb. Die Blätter haben ein symmetrisches Profil. Das Profil hat gegenüber der Umlaufbahn den Anstellwinkel Null. Ein Anstellwinkel größer Null und damit Auftrieb ergibt sich gegenüber der resultierenden Windgeschwindigkeit. Ein- und zweiblättrige Rotoren erreichen während des Umlaufs zwei Stellungen, an denen das Drehmoment geringfügig entgegen der Drehrichtung verläuft. Daher können diese Rotoren nicht selbstständig anlaufen. Erst der dreiblättrige Rotor weist immer ein positives Drehmoment auf.

H-Darrieus-Rotor

Eine Bauform des Darrieus-Rotors ist der H-Darrieus-Rotor, der ihm im aerodynamischen Prinzip gleicht, aber gerade anstatt bogenförmiger Blätter hat. Es wurden auch Anlagen dieses Typs mit verstellbaren Flächen zur Leistungsregelung erprobt, jedoch rentierte sich der konstruktive Aufwand nicht. Die aerodynamischen Flächen beim H-Darrieus müssen stabiler sein als bei gebogener Ausführung, da sie keine Längskräfte aufnehmen und sich durch die Fliehkraft nicht verformen sollen.

Vorteile des Darrieus-Konverters als Vertikalachsenturbine sind, dass er nicht in die Windrichtung gedreht werden muss und dass der Generator am Boden untergebracht werden kann. Als Rotorblätter können bei nicht allzu großen Anlagen Strangpressprofile verwendet werden, die sich als endlos bzw. als Meterware fertigen lassen. Trotzdem bleibt die Blattgeometrie insgesamt sehr anspruchsvoll.

Nachteilig ist dagegen, dass der Darrieus-Rotor nicht von selbst anläuft und gestartet werden muss. Dies kann durch zusätzliche kleinere Savonius-Rotoren auf der Rotorachse geschehen. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass sich die Drehzahl bzw. die Leistungsabgabe dieses Konverters nicht mit vertretbarem Aufwand durch Verstellen der Rotorblätter regeln lässt.

[Bearbeiten] Grenzen

Während moderne zweiflügelige Horizontalachsenrotoren bis zu 50 Prozent der im Wind enthaltenen Energie aufnehmen können, ist der Leistungsbeiwert des Darrieus-Rotors auf etwa 40 Prozent begrenzt. Als Schnellläufer mit einer Schnelllaufzahl von etwa fünf hat der Darrieus-Rotor aber einen besseren Wirkungsgrad als der ebenfalls vertikalachsige Savonius-Rotor.

Die Baumasse und die Baukosten sind um etwa ein Drittel höher als bei moderneren Windenergieanlagen (WEAs). Hauptgrund ist die geringe Schnelllaufzahl und die daraus resultierende massivere Bauart des Rotors, da die Leistung mit einem höheren Drehmoment erzeugt werden muss. Horizontalachsen-Rotoren können durch ihren Turm auch den konstanteren und stärkeren Wind in höheren Luftschichten nutzen.

Insgesamt ist die Entwicklung noch nicht so weit fortgeschritten wie bei Horizontalachsenrotoren, so dass dem Darrieus-Rotor noch Entwicklungspotential zugeschrieben wird.

[Bearbeiten] Literatur

Erich Hau: Windkraftanlagen. 3. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 2003, ISBN 3-540-42827-5
Ion Paraschivoiu: Wind Turbine Design with Emphasis on Darrieus Concept, Polytechnic International Press, Montreal, Kanada, 2002, ISBN 2-553-00931-3
Robert Gasch (Hrsg.): Windkraftanlagen (nur bis zur dritten Auflage), Teubner-Verlag, Stuttgart 1996, ISBN 3-519-26334-3