Windenergie wird durch die Nutzung der kinetischen Energie des Winds erzeugt. Die Funktionsweise basiert auf der Umwandlung der Bewegungsenergie von Luftmassen in elektrische Energie. Die grundlegenden Schritte zur Stromerzeugung aus Windenergie sind auf dieser Seite zusammengefasst.
Wind trifft auf die Rotorblätter
Eine Windkraftanlage besteht aus mehreren Rotorblättern, die auf einem horizontalen oder vertikalen Rotor montiert sind. Wenn Wind auf die Rotorblätter trifft, entsteht ein Auftrieb (ähnlich wie bei einem Flugzeugflügel), der diese in Bewegung setzt.
Drehbewegung des Rotors
Die Drehung der Rotorblätter bewegt den Rotor und damit die Hauptwelle, die mit einem Getriebe (bei getriebeunterstützten Windkraftanlagen) und anschließend mit einem Generator verbunden ist. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors hängt von der Windgeschwindigkeit ab.
Umwandlung der mechanischen in elektrische Energie
Der Generator wandelt die mechanische Energie der Drehbewegung in elektrische Energie um. Dies erfolgt durch die Induktion: Die Drehbewegung des Rotors bringt eine Spule im Generator dazu, sich durch ein Magnetfeld zu bewegen, was eine elektrische Spannung erzeugt.
Quelle: GrAT
Anpassung und Einspeisung
Die erzeugte elektrische Energie wird mithilfe eines Transformators auf eine geeignete Spannung gebracht, um ins Stromnetz eingespeist oder für den Eigenbedarf genutzt zu werden. Die Einspeisung erfolgt entweder direkt ins Stromnetz oder in ein lokales Netz.
Steuerung und Überwachung
Moderne Windkraftanlagen sind mit verschiedenen Sensoren und Steuereinheiten ausgestattet, die dafür sorgen, dass die Anlage möglichst effizient arbeitet. Sie überwachen Windgeschwindigkeit, Windrichtung und andere Umweltbedingungen und passen den Rotorwinkel (Pitch) und die Ausrichtung der gesamten Gondel (Yaw) an, um die maximale Energieausbeute zu erzielen.
Abschaltung bei zu hohen Windgeschwindigkeiten
Bei extremen Wetterbedingungen, insbesondere bei zu hohen Windgeschwindigkeiten (Sturm oder Orkan), wird die Windkraftanlage automatisch abgeschaltet, um Schäden zu vermeiden. Die Rotorblätter werden dann in eine sogenannte Fahnenstellung gebracht, bei der sie kaum noch Windwiderstand haben.
Zusammengefasst
Windenergie funktioniert durch die Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in mechanische Energie (Drehung der Rotorblätter) und schließlich in elektrische Energie (durch den Generator). Der erzeugte Strom kann dann direkt genutzt oder ins Netz eingespeist werden. Die Effizienz der Umwandlung hängt dabei stark von der Windgeschwindigkeit und der aerodynamischen Gestaltung der Rotorblätter ab.
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