Wie funktionieren Windkraftanlagen?

Windkraftanlagen sind heutzutage eine der wichtigsten Technologien für die Erzeugung erneuerbarer Energie. Mit 32.2% der gesamten Stromerzeugung des letzten Jahres in Deutschland, ist Windkraft unser größter Energieträger. Nicht nur unter erneuerbaren, sondern auch fossilen Brennstoffen. Sie nutzen die Kraft des Windes, um unseren Strom zu erzeugen, ohne dabei Brennstoffe zu verbrennen oder schädliche Emissionen zu erzeugen. Das Funktionsprinzip dieser Anlagen basiert dabei auf ganz einfachen physikalischen Prinzipien, die es ermöglichen, die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umzuwandeln.

1.    Die Rotorblätter: Einfangen des Windes

Der erste Schlüsselbestandteil einer Windkraftanlage sind selbstverständlich die einzigartigen und charakteristischen Rotorblätter. Diese sind aerodynamisch geformt und ähneln Flugzeugflügeln. Ihr Zweck besteht darin, die kinetische Energie des Windes einzufangen. Wenn der Wind über die Rotorblätter streicht, entsteht ein Unterschied im Luftdruck zwischen der Vorder- und der Rockseite der Blätter. Dieser Druckunterschied erzeugt eine Auftriebskraft, die die Blätter in Rotation versetzt. Dies ist jedoch nicht gänzlich ausreichend; die Motoren werden üblicherweise eingangs von motorisierten Startvorrichtungen in Gang gesetzt, die einen Anlaufstrom liefern, um die Bewegung der Rotorblätter zu initiieren. Diese Motorstarter helfen dabei, die erforderliche und ideale Drehzahl zu erreichen, damit die Windkraftanlage effektiv Strom erzeugen kann.

2.    Der Generator: Umwandlung in elektrische Energie

Die rotierenden Rotorblätter sind über eine sogenannte Nabe mit einem Generator in der Windkraftanlage verbunden. Dieser wandelt die rohe mechanische Energie der Rotationsbewegung in elektrische Energie um. Diese Umwandlung erfolgt in mehreren Schritten: Zunächst dreht die Nabe eine Welle im Generator, die mit einem Magneten verbunden ist. Durch die Rotation diese Magneten entsteht ein Magnetfeld, das durch Spulen geleitet wird, die wiederum um den Magneten selbst angeordnet sind. Und es ist diese letzte Bewegung, die schließlich den für uns speicher- und nutzbaren elektrischen Strom erzeugt.

3.    Das Steuersystem und die Netzintegration

Eine Windkraftanlage verfügt außerdem über ein sehr komplexes Steuersystem, das die optimale Ausrichtung der Rotorblätter im Wind sicherstellt. Sensoren überwachen die Windgeschwindigkeit und -richtung in Echtzeit, um die Blätter automatisch anzupassen und so eine maximale Energieausbeute zu erzielen. Der so erzeugte Strom wird dann in einem Transformator auf eine höhere Spannung gebracht, um ihn effizient auch über größere Entfernungen hinweg transportieren zu können. In einem nahegelegenen Netzverknüpfungspunkt wird der erzeugte Strom dann endlich ins Stromnetz eingespeist, wo er in das Gesamtsystem der Energieversorgung integriert wird.

Windkraftanlagen sind eine grandiose, nachhaltige Lösung zur Erzeugung der für uns so wichtigen Elektrizität. Erste Anfänge gab es bereits im späten 19. Jahrhundert, doch erst in den letzten Jahrzehnten brillieren sie vollends. Mit ihrem heutzutage ausgeklügelten Steuersystem arbeiten sie höchsteffizient und leisten einen der bedeutsamsten Beiträge zur Reduzierung unserer Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *