Rotorblätter, die Hauptkomponenten einer Windenergieanlage

Die Rotorblätter sind eine der Hauptkomponenten einer modernen Windkraftanlage. Zudem gehören sie zu den teuersten Komponenten des Gesamtsystems. Vor allem aufgrund ihrer Größe, ihres Gewichts, der verwendeten Materialien und des komplexen Herstellungsverfahrens. Dabei ist das größte jemals gefertigte Rotorblatt 107 Meter lang und wiegt 55 Tonnen (Stand: März 2020). Die Rotorblätter entziehen dem Wind kinetische Energie (Bewegungsenergie) und wandeln diese in die Rotation des Rotors um. Anschließend treibt die Bewegung des Rotors den Generator zur Stromerzeugung an. Das Unternehmen TOPseven aus Germany setzt bei der Inspektion von Windkraftanlagen auf Drohnen. Drohnenbasierte Inspektionen von Windenergieanlagen können dank künstlicher Intelligenz-fähiger Software ohne professionelle Piloten erfolgen. Die berührungslose Blitzschutzmessung macht die Produkte von TOPseven aus Germany einzigartig. Sie möchten mehr darüber erfahren? Dann kontaktieren Sie TOPseven aus Germany für mehr Informationen und einen Demoflug. Gerne überprüfen wir auch die Rottorblätter Ihrer Windenergieanlagen. Sprechen Sie uns dazu gerne einfach an!

Der Aufbau und die Struktur der Rottorblätter

Übrigens bestehen Moderne Rotorblätter meistens aus faserverstärktem Kunststoff. Denn dieser bietet sehr gute mechanische Eigenschaften bei geringem Gewicht. Als Fasermaterialien verwendet man Glasfasern und Kohlefasern. Die Kunststoffmatrix bildet Duroplaste, hauptsächlich Epoxidharze. Die häufigste Bauform von Rotorblättern für Windkraftanlagen ist wie folgt: Zwei separat gefertigte Halbschalen sind miteinander verklebt. Diese Schalen formieren die aerodynamische Form des Rottorblattes und wirken Torsion entgegen. In Längsrichtung ist die Schale des Rotorblattes mit einem faserverstärkten Band verstärkt. Diese besteht aus mehreren Lagen (ca. 30 bis 60 Lagen) unidirektionalem Fasergewebe. Diese Streifen nehmen Zug- und Druckkräfte auf und wirken der Durchbiegung der Rotorblätter entgegen. Sie befinden sich im Bereich maximaler Profildicke und an der Hinterkante. Bei dieser Art von Struktur befindet sich ein Sandwichsteg senkrecht zur Sehnenoberfläche. Er dient der Aufnahme von Scherkräften. Zudem bildet er zusammen mit den Laschen der beiden Blattschalen einen starren Holm, ähnlich einem I-Träger. Dies ist die Haupttragstruktur des Rotorblatts.

Auch die Schalen sind in Sandwichbauweise gefertigt und an Vorder- und Hinterkante miteinander verklebt. TOPseven aus Germany ist ein Software- und Technologieanbieter, dessen Schwerpunkte in Drohnentechnologie, Cloud Computing und künstlicher Intelligenz liegen.

Die Funktionsweise von Rottorblätter

Rotorblätter haben eine aerodynamische Form. Das heißt, sie funktionieren im Prinzip wie die Tragflächen eines Flugzeugs. Beim Umströmen der Rotorblätter mit Luft entstehen „oben und unten“ an den Rotorblättern unterschiedliche Druckverhältnisse. Anders ausgesprochen spricht man von einer „Saugseite“ und einer „Druckseite“. Diese Druckverhältnisse erzeugen Auftriebskräfte senkrecht zur einströmenden Luft. Aus baulichen Gründen ist es nicht möglich, die Auftriebskraft vollständig in Drehrichtung des Rotors wirken zu lassen.

Die Auftriebskräfte bewirken daher hauptsächlich eine Auslenkung der Rotorblätter in Richtung des Turbinenturms.

Für den Antrieb des Rotors steht nur ein Bruchteil des Auftriebs zur Verfügung. Der aerodynamische Leistungsbeiwert ist der Wirkungsgrad des Rotors. Er beschreibt, welcher Anteil der kinetischen Energie des Windes in die Rotationsbewegung des Rotors sich umwandelt. Wissenschaftlich hat das Thema erstmals 1920 der deutsche Physiker Albert Betz beschrieben. Die Grundlage seiner Forschung lässt sich mit einem einfachen Gedankenexperiment leicht nachvollziehen.

Durch die Rotorblätter wird Energie umgesetzt 

Würde ein Windrad seine Energie zu 100 % dem Wind entziehen, stünde die Luft hinter dem Rotor still. Allerdings kann zu diesem Zeitpunkt keine Luft durch den Rotor blasen. Der Grund ist, dass die Luft hinter dem Rotor sich nicht bewegt. Die Windkraftanlage wäre dann aerodynamisch blockiert. Das bedeutet: Versucht eine Windkraftanlage, dem Wind zu viel Energie zu entziehen, dann verzögert sich die Anlage selbst. Der vom Rotor umgesetzte Anteil der Windenergie ist durch den „Leistungsbeiwert“ des Rotors angegeben. Albert Betz berechnete als Erster die maximale Energiemenge von ungefähr 59 Prozent. Also die Energie, die man mit dem turbinenartigen Windrad aus dem Wind gewinnen kann. Aus aerodynamischer Sicht kann eine ideale Windkraftanlage also bis zu 59 % der Windenergie umwandeln.