Windkraftwerke gewinnen ihre Energie aus dem Wind. Seit 1990 ist das ein stark zunehmender Kraftwerkstyp und findet immer mehr Verwendung in windigen Gebieten.
Die Grundgleichungen für den Massenstrom und die Leistung sind:
| \(\dot{m}=\rho \, A \, w\) | Massenstrom der Luft |
| \(P=c_p \, \dot{m} \, \frac{w^2}{2}=c_p \, \rho \, A \, \frac{w^3}{2}\) | Leistung eines Windkraftwerks als Funktion der Windgeschwindigkeit |
Die Leistung steigt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit!
| Grösse | Einheit | Bezeichnung | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| \(\dot{m}\) | kg/s | Massenstrom | |
| \(\rho\) | kg/m³ | Dichte | Luft hat 1,1 bis 1,3 kg/m³ |
| \(A\) | m² | Rotorfläche | \(A=\pi{(d/2)}^2\) |
| \(w\) | m/s | Windgeschwindigkeit | |
| \(P\) | W | Abgabeleistung | |
| \(c_p\) | - | Wirkungsgrad | maximal 59% |
Der theoretisch maximale Wirkungsgrad einer Windturbine beträgt 59 %, weil hinter der Turbine die Luft nicht stillstehen kann. Die Begründung findet man im Gesetz von Betz.
Windverhältnisse
Bauarten von Windturbinen
| Turbinenname | Vielflügler | 2-Flügler | Savonius | Darrieus |
|---|---|---|---|---|
| Skizzen |  |
 |
 |
 |
| Achslage | horizontal | horizontal | vertikal | vertikal |
| Leistungsbeiwert \(c_p\) | 35% | 47% | 23% | 35% |
| Optimale Umfangs- zu Windgeschwindigkeit |
1 | 15 | 1 | 5 |
Die Darrieusturbine braucht eine Starthilfe, zum Beispiel eine kleine Savonistubine.