Was ist Windenergie

Hallo Windmühlenbauer_innen und Windmühleninteressierte,

Savonius mit freier Aufstellung
Wir haben mal eine kleine Zeichnung gemacht, wie unser Savonius Rotor aussehen könnte, wenn wir ihn ohne Verankerung aufstellen wollen. Leider wird die Leistung bei diesem ersten Modell des Rotors sehr niedrig sein, da der Rotor sehr klein ist. Die Zeichnung soll nur eine Orientierung für die Größe sein. Gerade beim Gestell sehen wir noch Handlungsbedarf. Zur Zeit ist das Gestell so gedacht, dass es auch einen größeren und effizienteren Rotor aufnehmen kann. Dann brauchen wir uns keine neue Aufstellung zu organisieren, wenn wir unsere Anlage optimieren wollen.

Leistung einer Windanlage

Aber woher weiß man eigentlich wie viel Leistung so eine Windanlage bringen kann? Das ist bestimmt kompliziert zu berechnen?!
Nein ist es nicht, es ist ganz einfach. Und das tolle, wenn man es einmal verstanden hat, ist es für alle Windanlagen gleich. Aber bevor wir uns damit auseinandersetzen, wollen wir erstmal die Grundlagen erklären.

Windenergie

Was ist eigentlich Windenergie?
Windenergie ist eine Bewegungsenergie (kinetische Energie) der Luft.
Und was ist denn jetzt kinetische Energie?
Kinetische Energie kann man sich so vorstellen (aber bitte nicht nachmachen): Wir nehmen einen Ziegelstein und legen ihn jemanden auf den Kopf. Das tut nicht weh und der Stein ist ja auch nicht besonders schwer.

Jetzt heben wir den Stein an und lassen ihn aus 20cm Höhe fallen. Aua! Das ist kinetische Energie! Der Stein wiegt immer noch genauso viel. Trotzdem erscheint er uns jetzt viel schwerer.

Ein Molekül bei Olympia

Die gleiche Energie, die der Stein im Fall aufnimmt, steckt auch im Wind. Unser Rotor ist wie eine rotierende "Wand" an der die Luft abprallt.
Jetzt wissen wir ja, dass Luft aus vielen kleinen Molekülen besteht. Stellen wir uns jetzt ein Molekül wie einen 100m Sprinter auf einer Laufbahn vor.

Das Molekül sprintet also die Strecke entlang und soll an der 100m Linie abbremsen (da steht unser Rotor). Es übergibt dort sozusagen unserem Rotor seine Energie. Optimal wäre also, wenn es einfach seine ganze Bewegungsenergie an den Rotor weitergibt und es dann direkt an der Ziellinie stehen bleibt. Dann hätten wir die größtmögliche Energie gewonnen.

Grenze des Möglichen
Leider geht das nicht! Überlegen wir einmal warum das nicht geht:
Ähnlich wie beim 100m Sprint, gibt es ja noch andere Moleküle die ins Ziel wollen. Das Problem ist, dass es so viele sind, dass sie hintereinander auf der gleichen Bahn starten müssen. Ein Liter Luft enthält ungefähr 26880000000000000000000 Moleküle! Versucht gar nicht erst die Stellen zu zählen: es sind 23!
Die 100m Bahn wird es jetzt ganz schön eng. Unser Molekül möchte jetzt gerne direkt hinter dem Ziel stehen bleiben, so wie wir es ihm gesagt haben. Aber hinter ihm stehen noch viel mehr Moleküle, die gerade ins Ziel möchten. An Stehen bleiben ist nicht zu denken, also läuft es weiter. Da die Moleküle vor ihm aber bereits langsamer geworden sind, ensteht ein Stau!

Genauso ist es mit unserer Windanlage. Wir können den Wind nicht von 100 auf 0 abbremsen. Tatsächlich können wir ihm maximal 60% seiner Energie entziehen. Das sind ungefähr 2/3 der Windgeschwindigkeit. Sonst käme es zu einem Luftstau hinter dem Rotor.
Hier noch ein Beispiel: Vor dem Rotor hat der Wind also z.B. eine Geschwindigkeit von 28 km/h aber hinter dem Rotor sind es mindestens noch 9 km/h (Ein Drittel). Den Rest (Zwei Drittel) kriegt die Windanlage.

Am Mittwoch zeigen wir Euch wie man die mögliche Leistung einer Windanlage abschätzt. Das heute erlernte bildet die Grundlage dazu. Außerdem werdet ihr morgen einen Taschenrechner (Handytaschenrechner reicht) brauchen, dann könnt ihr ausrechnen, ob es sich lohnt eine Windanlage auf Euer Dach zu stellen oder eher nicht. Und es ist super einfach, versprochen!

Eure Projektørga