Die Schnelllaufzahl

Eines der wichtigsten Merkmale um eine Windkraftanlage zu charakterisieren ist die Schnelllaufzahl. Die Schnelllaufzahl ist gleich die Blattspitzengeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit) geteilt durch die Windgeschwindigkeit (weit vor dem Rotor). Je länger die Blätter und je schneller die Rotordrehzahl, desto größer die Schnelllaufzahl bei gleicher Windgeschwindigkeit.

 

Dies unterteilt die Windkraftanlagen in zwei Gruppen: Langsamläufer und Schnellläufer:


Langsamläufer

Alle Widerstandsläufer haben eine Schnelllaufzahl niedriger als 1 und sind daher automatisch Langsamläufer. Langsamläufer haben eine Auslegungsschnelllaufzahl von maximal 2,5. Es gibt jedoch auch Ausnahmen von Auftriebsläufer mit einer Schnelllaufzahl von 1 bis 2,5 die auch Langsamläufer sind. In dieser Kategorie finden wir die Westernmills und Windpumpen mit einer Schnelllaufzahl von ca. 1; Bockwindmühle und Holländerwindmühle mit einer Schnelllaufzahl von 2.


 

Schnellläufer

Auftriebsläufer mit einer Schnelllaufzahl von 2,5 bis 15 werden Schnellläufer genannt. In dieser Kategorie finden wir alle Strom erzeugende Windkraftanlagen mit einem bis drei Rotorblätter. Die Schnelllaufzahl beeinflusst stark die Bauart und Bauform einer Windkraftanlage. Für eine bestimmte Blattlänge gilt z.B., je größer die Schnelllaufzahl, desto schneller die Rotordrehzahl. Am schnellsten laufen die Einblatt-Anlagen, jedoch ist anzumerken, dass Windpumpen meistens Langsamläufer sind, sich allerdings ziemlich schnell drehen. Da der Rotordurchmesser relativ klein und die Umlaufgeschwindigkeit relativ niedrig ist, sind auch sie Langsamläufer. Im Prinzip gilt, je größer die Anzahl der Rotorblätter desto niedriger die Schnelllaufzeit. Die Schnellläufer haben durch die niedrigerer Drallverluste deutlich bessere Wirkungsgrade als ein Langsamläufer. Der maximale Leitungsbeiwert cP max beträgt für einen Langsamläufer ca. 0,3 bis 0,35 und für einen Schnellläufer ca. 0,45 bis 0,55. Die Drallverluste nehmen mit dem erzeugten Drehmoment zu. Langsamläufer die viele Blätter und eine große Umfangskraft erzeugen, haben deutlich größere Drallverluste als Schnellläufer. Der Dralleffekt stellt einen Verlust dar, reduziert den Wirkungsgrad und erzeugt Turbulenzen in der Strömung hinter der Anlage.

das Blattprofil: Schnellläuferblätter sind schlank und dünn, weil die relative Luftgeschwindigkeit an den Blättern sehr hoch ist
das Blattprofil: Schnellläuferblätter sind schlank und dünn, weil die relative Luftgeschwindigkeit an den Blättern sehr hoch ist
der Leistungsbeiwert cP der Maschine
der Leistungsbeiwert cP der Maschine