Leistung von Windanlagen

Zu geringe Geschwindigkeiten können die Rotoren noch nicht zum Laufen bringen. Windstärken zwischen 3 und 9 Beaufort können von Windkraftanlagen ausgenützt werden.

Zu große Geschwindigkeiten können Schäden an der Anlage hervorrufen. Da die Leistung des Windes mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit anwächst, bedeutet oft eine geringfügige Erhöhung der Geschwindigkeit einen großen Leistungsgewinn.

Windströmungen enthalten Bewegungsenergie, man nennt sie auch kinetische Energie. Wind kann daher Arbeit verrichten. Die theoretisch im Wind enthaltene Leistung hängt sehr stark von der Windgeschwindigkeit ab. Eine Windkraftanlage kann aber dem Wind nicht die gesamte Energie entziehen.

Windenergie lässt sich nur bei Windstärken innerhalb eines bestimmten Bereiches nutzen. Windkraftanlagen sind so ausgelegt, dass sie bereits bei mittleren Windgeschwindigkeiten ihre Nennleistung erreichen. Um die Drehzahl des Rotors trotz schwankender Windstärken annähend konstant zu halten, ist eine Regelung der Leistungsaufnahme notwendig. Das geschieht durch Verdrehen der Rotorblätter. Die Rotorblätter werden durch einen eigenen Blattverstellantrieb gesteuert. Bei manchen Anlagen kann jedes Rotorblatt einzeln verstellt werden. Diese exakte Leistungsregelung ist für den gleichmäßigen Lauf des Generators besonders wichtig.

Meist sind größere Windkonverter mit einer automatischen Rotorblattverstellung ausgerüstet. Bei schwachem Wind werden die Rotorblätter so eingestellt, dass sie in voller Breite gegen die Strömung stehen. Bei stärkerem Wind lässt sich der Einstellwinkel zunehmend reduzieren. Bei Sturm werden die Blätter parallel zur Windströmung gerichtet, bis sich der Rotor nicht mehr dreht.

Diese Regelung wird als Pitch-Regelung bezeichnet, abgeleitet vom englischen "pitch", was so viel wie Neigung bedeutet. Zusätzlich verfügen diese Anlagen über ein hydraulisch betriebenes Scheibenbremssystem für den Notfall.

Bei kleineren Windkraftanlagen sind die Rotorblätter meist nicht verstellbar. Das aerodynamische Profil der Rotorflügel ist daher so angelegt, dass bei Erreichen einer bestimmten Windgeschwindigkeit ein Strömungsabriss an den Rotorblättern erfolgt. Dadurch werden die Antriebskräfte auf den Rotor reduziert. Diese Regelung wird als Stall-Regelung bezeichnet, abgeleitet vom englischen "stall", was so viel wie Abrutschen bedeutet.

Als Betriebs- und Notfallbremse dient eine hydraulisch betriebene Scheibenbremse. Als zusätzliche Sicherung gegen Überdrehen befinden sich an den Rotorblättern aerodynamisch wirkende Bremsklappen, die bei einer bestimmten Drehzahl des Rotors ausgefahren werden.