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Rotorblattlänge

Der Rotor und die Rotorblattlänge ist entscheid für die Stromproduktion. Somit kann eine Windkraftanlage mit größerem Rotor und großer Rotorblattlänge wesentlich mehr Strom erzeugen als mehrere kleine. Dabei gehören die Rotorblätter zu den teuersten Komponenten des Gesamtsystems. Vor allem aufgrund ihrer Größe, ihres Gewichts, der verwendeten Materialien und des komplexen Herstellungsverfahrens. Somit ist das größte jemals gefertigte Rotorblattlänge 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. Jedoch um die Stromerzeugungskosten zu senken, baut man Windkraftanlagen im Entwicklungsprozess immer größer. So lag 1990 die durchschnittliche Nennleistung neu installierter Windenergieanlagen in Deutschland bei 164 Kilowatt. Dagegen im Jahr 2011 bei 2,2 MW. Zur Produktionssteigerung kann man beispielsweise den Durchmesser des Rotors vergrößern.

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Wie ist die Rotorblattlänge aufgebaut?

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 Rottorblättern

Die Rotorblätter sind aerodynamisch aufgebaut. Das heißt, sie funktionieren im Prinzip wie die Tragflächen eines Flugzeugs. Beim Umströmen der Rotorblattlänge mit Luft entstehen „oben und unten“ an der Rotorblattlänge entlang 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.

Nach der Zyklusformel führt eine Verdoppelung der Rotorblattlänge zu einer Vervierfachung der Rotorfläche. Neu installierte Turbinen hatten bis Ende der 1990er Jahre meist einen Durchmesser von weniger als 50 Metern. Dagegen lag diese bis 2003 meist zwischen 60 und 90 Metern. Bis zum Jahr 2021 ist der durchschnittliche Rotordurchmesser neuer deutscher Anlagen auf 133 Meter gewachsen. Sowie die durchschnittliche Nabenhöhe auf 140 Meter und die Nennleistung auf 3.978 MW gestiegen. Das Unternehmen TOPseven aus Germany setzt bei der Inspektion von Windkraftanlagen auf Drohnen. Drohnenbasierte Inspektionen entlang der Rotorblattlänge können dank künstlicher Intelligenz-fähiger Software ohne professionelle Piloten erfolgen.