Durch den ständig steigenden Bedarf an elektrischer Energie, wird der Einsatz nachhaltiger Energiequellen wie der Windkraft immer wichtiger. Mit ihrer Hilfe kann elektrische Energie in großen Mengen, nahezu schadstofffrei erzeugt werden.
Kleinwindkraftanlagen bieten in Kombination mit anderen alternativen Energiequellen eine gute Möglichkeit autarke Inselanlagen mit der benötigten Energie zu versorgen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Windkraftanlagen im allgemeinen und im speziellen mit Kleinwindkraftanlagen, deren Anwendungen,
Funktionsweisen und dem aktuellen Stand der Technik dieser Anlagen. Außerdem werden kurz die Fördermöglichkeiten, sowie die ökonomischen und ökologischen Aspekte der Windkraft behandelt. Die benötigten Informationen wurden im Zuge
einer dreimonatigen Literaturrecherche ermittelt und die Fakten als Ergebnis in dieser Arbeit zusammengefasst. Diese dienen in weiterer Folge dem INNOLAB am CAMPUS02 als Informationsgrundlage zum Thema.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Erneuerbare Energie am Beispiel der Windenergie
2.1 Was versteht man unter erneuerbarer Energie
2.2 Windkraftanlagen
2.2.1 Allgemeine Windkrafttechnik und Begriffe
2.3 Physikalische Grundlagen der Windkraft
2.3.1 Entstehung des Windes
2.3.2 Windgeschwindigkeit
2.3.3 Messung von Windgeschwindigkeiten
2.3.4 Funktionsweise einer Windkraftanlage
2.3.5 Leistungsausbeute einer Windkraftanlage
3 Kleinwindkraftanlagen
3.1 Einsatzbereiche von Kleinwindkraftanlagen
3.1.1 Pumpen
3.1.2 Batterieladeeinrichtungen
3.1.3 Netzeinspeisung
3.2 Konstruktive Bauformen
3.2.1 Vertikalläufer
3.2.2 Horizontalläufer
3.2.3 Sonderformen
3.3 Scheibengenerator
3.4 Errichtung von Kleinwindrädern
3.4.1 Standortfaktoren
3.4.2 Kostenfaktoren
3.5 Förderungen
4 Ökologische und ökonomische Aspekte der Windkraft
4.1 Ökologische Aspekte
4.2 Ökonomische Aspekte
5 Schlussfolgerung
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit zielt darauf ab, dem Leser die allgemeinen Grundlagen der Windenergie zu vermitteln und spezifisch die Anwendungsmöglichkeiten sowie die Technik von Kleinwindkraftanlagen bis 5 kW Leistung detailliert aufzuzeigen. Dabei liegt der Fokus auf der Funktionsweise, den verschiedenen Anlagentypen, den Standortkriterien sowie den ökonomischen und ökologischen Rahmenbedingungen der Windkraftnutzung.
- Grundlagen und physikalische Prinzipien der Windenergie
- Technische Funktionsweise und Klassifizierung von Kleinwindkraftanlagen
- Praktische Anwendungsgebiete wie Pumpensysteme, Batterieladung und Netzeinspeisung
- Standortfaktoren, Montagehinweise und Kostenstrukturen bei Kleinanlagen
- Ökologische und ökonomische Bedeutung sowie Fördermöglichkeiten in Österreich
Auszug aus dem Buch
2.3.4 Funktionsweise einer Windkraftanlage
Wie bei den Großanlagen gelten auch für Kleinwindanlagen die gleichen physikalischen Grundlagen. Sie nutzen die im Wind enthaltene kinetische Energie. Diese ist von der Luftdichte, der Winddurchtrittsfläche des Rotors und der Windgeschwindigkeit abhängig. Bei Windkraftanlagen erfolgt der Leistungsentzug aus dem Wind entweder nach dem weniger effizienten Widerstandsprinzip oder dem heute vorherrschenden Auftriebsprinzip (auch aerodynamisches Prinzip). Die Leistungsausbeute ist beim Auftriebsprinzip bei gleicher durchströmter Querschnittsfläche des Rotors etwa zwei- bis dreifach höher.
Die Rotorblätter des Windrades werden vom Wind angeströmt. An der Vorderseite strömt der Wind über die flache Seite des Flügels schneller vorbei als an der gekrümmten Rückseite. Dadurch entsteht eine Drehkraft, die sich aus Auftriebskraft und Widerstandskraft zusammensetzt (Abb. 3). Die resultierente (Dreh-) Kraft erzeugt durch die zentrale Lagerung der Rotorblätter an der Rotorachse ein Moment. Aus diesem Grund beginnt sich das Windrad bei ausreichender Windgeschwindigkeit zu drehen. Das Verhältnis von Auftriebs- zur Widerstandskraft wird Gleitzahl genannt und ist abhängig von der Form des Flügelprofils. Die Schnelllaufdrehzahl gibt Auskunft über das Verhältnis der Windgeschwindigkeit zur Drehzahl der Rotorblattspitze, wobei eine Schnelllaufzahl von 5 bedeutet, dass die Rotorblattspitze fünf mal schneller ist als der Wind.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Problematik der globalen Erwärmung ein und begründet die Notwendigkeit, nachhaltige Energiequellen wie Windkraft zur schadstofffreien Stromerzeugung zu nutzen.
2 Erneuerbare Energie am Beispiel der Windenergie: Dieses Kapitel erläutert den Begriff der erneuerbaren Energien und vermittelt die physikalischen sowie technischen Grundlagen von Windkraftanlagen und deren Leistungsberechnung.
3 Kleinwindkraftanlagen: In diesem Hauptteil werden spezifische Anwendungen, konstruktive Bauformen, technische Komponenten wie der Scheibengenerator sowie Faktoren für die Errichtung und Finanzierung von Kleinanlagen bis 5 kW analysiert.
4 Ökologische und ökonomische Aspekte der Windkraft: Dieses Kapitel beleuchtet den Beitrag der Windenergie zum Klimaschutz durch Emissionsvermeidung sowie die wirtschaftliche Bedeutung, den Arbeitsmarkt und den Stand des Ausbaus in Österreich.
5 Schlussfolgerung: Das Fazit fasst das Potenzial der Windkraft als unverzichtbaren Bestandteil einer nachhaltigen Energiepolitik zusammen und unterstreicht die Bedeutung technischer Weiterentwicklungen.
Schlüsselwörter
Kleinwindkraftanlagen, Windenergie, Erneuerbare Energien, Auftriebsprinzip, Widerstandsprinzip, Rotortechnik, Scheibengenerator, Windgeschwindigkeit, Standortfaktoren, Netzeinspeisung, Inselanlagen, Energieeffizienz, Klimaschutz, Ökostromgesetz, Windpark
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die Grundlagen, Techniken und Anwendungsmöglichkeiten von Windkraftanlagen mit besonderem Schwerpunkt auf Kleinwindkraftanlagen bis 5 kW Leistung.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Themen sind physikalische Grundlagen der Windkraft, verschiedene Bauformen von Rotoren, Einsatzgebiete (wie Pumpen oder Batterieladung), sowie ökonomische und ökologische Rahmenbedingungen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, dem Leser ein fundiertes Verständnis über Kleinwindkraftanlagen zu vermitteln, von der technischen Funktionsweise bis hin zur praktischen Umsetzung am Standort.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Die benötigten Informationen wurden im Rahmen einer dreimonatigen Literaturrecherche zusammengetragen und als fundierte Informationsgrundlage aufbereitet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden die Einsatzbereiche (Pumpen, Laden, Einspeisung), konstruktive Bauformen (Vertikal- und Horizontalläufer), technische Neuerungen wie der Scheibengenerator sowie Montage- und Kostenfaktoren detailliert beschrieben.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind unter anderem Kleinwindkraftanlagen, Auftriebsprinzip, Standortfaktoren, Scheibengenerator und ökologische Aspekte.
Was unterscheidet das Auftriebsprinzip vom Widerstandsprinzip?
Das Auftriebsprinzip ist wesentlich effizienter; die Leistungsausbeute ist bei gleicher durchströmter Fläche etwa zwei- bis dreifach höher als beim Widerstandsprinzip.
Warum sind bei Kleinwindanlagen Standortfaktoren wichtig?
Wie bei Großanlagen entscheiden lokale Windverhältnisse und mögliche Hindernisse wie Gebäude oder Bäume über den Ertrag; zudem müssen bei Kleinanlagen Schallentkopplung und Statik (Mastbefestigung) beachtet werden.
Was ist ein Scheibengenerator?
Es handelt sich um einen bürstenlosen, dreiphasigen Permanentmagnet-Generator, der durch den Wegfall eines Eisenkerns eine höhere Effektivität bei der Energieerzeugung mit Kleinwindrädern ermöglicht.
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- BSc. Friedrich Hochfelner (Author), 2007, Kleinwindkraftanlagen. Anwendungen und Technik im Detail., Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/115939
