Windkraftwerke gewinnen ihre Energie aus dem Wind. Seit 1990 ist das ein  stark zunehmender Kraftwerkstyp und findet immer mehr Verwendung in  windigen Gebieten.

windkraft_prinzip
Prinzipskizze eines Windkraftwerks.

Die Grundgleichungen für den Massenstrom und die Leistung sind:

m˙=ρAw Massenstrom der Luft
P=cpm˙w22=cpρAw32 Leistung eines Windkraftwerks als Funktion der Windgeschwindigkeit

Die Leistung steigt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit!

Grösse Einheit Bezeichnung Bemerkungen
m˙ kg/s Massenstrom
ρ kg/m³ Dichte Luft hat 1,1 bis 1,3 kg/m³
A Rotorfläche A=π(d/2)2
w m/s Windgeschwindigkeit
P W Abgabeleistung
cp - 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

windkraft_leistungen
In diesem Beispiel läuft die Windkraftanlage nur bei Windgeschwindigkeiten von 2 bis 14 m/s, die maximale Leistung beträgt 6,5 kW.

Bauarten von Windturbinen

Turbinenname Vielflügler 2-Flügler Savonius Darrieus
Skizzen windkraft_turbinen_vielfluegler windkraft_turbinen_2Fluegeler windkraft_turbinen_savonius windkraft_turbinen_Darrieus
Achslage horizontal horizontal vertikal vertikal
Leistungsbeiwert cp 35% 47% 23% 35%
Optimale Umfangs-
zu Windgeschwindigkeit
1 15 1 5

Die Darrieusturbine braucht eine Starthilfe, zum Beispiel eine kleine Savonistubine.